小動物活體成像系統(tǒng)

方案1. 小鼠光熱治療方案：按路線合成P2-DPP水溶性分子。對其近紅外II成像,、光熱成像和光聲成像進行了表征,。

圖1. 水溶性納米顆粒的表征

組裝熒光材料核心結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟是鈴木交叉偶聯(lián)反應(yīng)。將PEG-2000添加到分子結(jié)構(gòu)中,，以改善其低水溶性并使其均勻地散布在水中,。溶液呈現(xiàn)負電荷，可有效延長納米顆粒的血液循環(huán)時間,，實現(xiàn)腫瘤部位的藥物富集（圖1a）,。測得P2-DPP在60 d內(nèi)的平均水化粒徑無顯著變化，表明熒光分子具有長期良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。（圖 1b）,。根據(jù)透射電子顯微鏡（TEM）圖像，P2-DPP NPS具有完整的形態(tài)結(jié)構(gòu)和均勻穩(wěn)定的粒徑（圖1c）,。

P2-DPP具有良好的水溶性,、較大的斯托克位移和熒光發(fā)射峰（λABS = 600 nm，λEM= 1020 nm）到達近紅外區(qū)域（圖2a）,。以IR-26（QY = 0.5%）為參考標準,，確定P2-DPP在水中的熒光量子產(chǎn)率為0.6%，平均熒光壽命為2μs,。激光照射6000 s后,，歸一化熒光強度保持穩(wěn)定，表明熒光分子具有優(yōu)異的熒光穩(wěn)定性（圖2c）

圖2. P2-DPP熒光染料的光學表征

本研究使用 808 nm 激光進行后續(xù)光熱治療,。PCE和光熱穩(wěn)定性是評價光熱效應(yīng)的基本參數(shù),。如圖3a所示，P2-DPP NPS的PCE（η）遠高于臨床實踐中使用的吲哚菁綠（ICG）（≈3.1%）,，達到58.03%,。此外，在光熱穩(wěn)定性測試中,，我們發(fā)現(xiàn)P2-DPP NPS在808 nm激光器下加熱和冷卻循環(huán)過程中沒有明顯的熱分解現(xiàn)象,，充分證明了NPS優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性（圖3b）,。通過使用紅外熱像儀，可以觀察到P2-DPP在用808nm激光照射約2分鐘后接近48°C,，達到致死細胞溫度（圖3c）,。

圖3. 納米顆粒的生物相容性

為評估了P2-DPP材料PAI成像能力，對荷瘤小鼠進行36小時監(jiān)測（該材料的理想體外成像濃度為 100 μg/mL-1）,。在大約1小時時,，觀察到相當大的信號，表明EPR效應(yīng)開始富集腫瘤位置的納米材料,。隨著時間的流逝,，PA信號的強度越來越強（圖4）。

圖4. 光聲成像測試

圖5. P2-DPP的體外和體內(nèi)成像

對于濃度為 300 μg/mL-1 P2-DPP溶液,，當雞肉組織覆蓋厚度達到10mm時,，仍舊可以看到微弱的熒光信號（圖5a）。實驗表明,，P2-DPP具有良好的穿透深度,，可進一步應(yīng)用于體內(nèi)成像。將P2-DPP水溶液注射到小鼠尾靜脈中,，監(jiān)測48 h內(nèi)熒光分子在體內(nèi)的分布情況,。從圖5b可以看出，在注射后5 min內(nèi),，在小鼠血管中可以觀察到強烈的熒光強度,，表明該分子具有體內(nèi)成像性能。隨著身體的循環(huán),，肝臟的熒光穩(wěn)步增加,，而血管的熒光逐漸減少。P2-DPP富集于肝臟,、脾臟和腫瘤部位,，并表現(xiàn)出良好的熒光強度。尾靜脈注射24 h后,，對小鼠進行人道處理,，解剖其主要器官，包括心臟,、肝臟,、脾臟、腎臟,、肺,、腫瘤組織等組織進行熒光成像（圖5c，d）。腫瘤部位的熒光強度證明了藥物可以在這里富集（圖5e,，f）,。

圖6. 小鼠的光熱治療圖

基于P2-DPP良好的光熱成像效果和1000 nm以上的發(fā)射波長,，在808 nm處具有良好的光熱轉(zhuǎn)換,。對照組在808 nm激光照射下的溫度恒定在37°C左右，未達到殺傷腫瘤細胞的溫度,。實驗組2分鐘后溫度可升至48°C,，足以殺死腫瘤細胞。由于在荷瘤小鼠實驗前尾靜脈注射后觀察到腫瘤部位P2-DPP的明顯聚集,，這可能是由EPR效應(yīng)引起的,，因此可以進一步探索和應(yīng)用該材料的光熱性能（圖6）。

根據(jù)光熱過程圖（圖7a）,，重復光熱治療1周,，每天觀察腫瘤治療。治療 2 周后停止光熱療法,。PBS組腫瘤體積穩(wěn)步增加,，光熱治療對腫瘤無抑制作用。2天后,，觀察到光熱療法對實驗組小鼠有顯著影響,。4 d后，實驗組腫瘤體積呈下降趨勢,，表明光熱處理P2-DPP對腫瘤生長有顯著的抑制作用,。如圖7b所示，可以觀察到,，經(jīng)過2周的治療,，P2-DPP NPS和808 nm激光照射有效治療了腫瘤，在原腫瘤部位留下了黑色疤痕,。在1周的觀察期內(nèi),，腫瘤沒有復發(fā)，證明腫瘤已經(jīng)治療,。相比之下,，其他3個對照組的腫瘤體積呈現(xiàn)連續(xù)生長趨勢（圖7c，d）,，各組體重在2周內(nèi)無明顯變化（圖7e）,，說明P2-DPP對小鼠日常飲食沒有明顯影響，再次證明P2-DPP具有良好的生物相容性和可忽略不計的生物毒性,。

圖7. 荷瘤小鼠的體內(nèi)治療

本文創(chuàng)造了一種全新的P2-DPP D-A-D光敏劑,，具有良好的水溶性和強大的近紅外發(fā)射。所生產(chǎn)的P2-DPP水溶液具有良好的光穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性，使其適用于其他生物應(yīng)用,。然后進行了幾項體內(nèi)和體外研究,，以衡量P2-DPP的抗腫瘤有效性。根據(jù)研究結(jié)果,，P2-DPP在暴露于808 nm激光和穩(wěn)健的長期腫瘤成像時顯示出有效的光熱治療,。本研究表明，P2-DPP在近紅外成像引導的PTT中具有潛力,。為了創(chuàng)造性能更好,、量子產(chǎn)率更高的熒光化合物，未來的研究將集中在尋找長波長發(fā)射（>1000 nm）和增加的光感應(yīng)之間的理想平衡,。

參考文獻

Cao M, Wang C, Wang F, et al. Synthesis on NIR‐II Multifunctional Imaging and Photothermal Therapy of a Novel Water‐Soluble Molecule[J]. Advanced Healthcare Materials, 2024: 2304564.