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光热-光动力协同治疗纳米剂开发及性能研究。基于外支链工程设计的融合环小分子L8-4F，通过纳米沉淀法制备水溶性纳米颗粒，具有近红外I吸收（808nm激光下58%转换效率）、近红外II发光及超氧自由基协同生成特性，实现高分辨率血管成像与精准肿瘤定位，验证了光热与光动力联合治疗乳腺癌的显著疗效。
作者：赖新|胡迪|郎伟|游世勇|欧阳芳|陈浩|杨西涛|艾志福|平玉辉|苏丹|梁慧慧|张有辉|宋永贵
江西中医药大学药学院、针灸与脑科学研究中心，中国南昌梅岭路1688号，330004
摘要
多模态成像引导的光热疗法（PTT）结合光动力疗法（PDT）在乳腺癌治疗中显示出显著的优势。然而，开发出更优越的光热诊疗纳米剂仍然具有很大的挑战性。本文开发了一种“通用型”的光热诊疗纳米剂，该纳米剂基于融合环状小分子（L8-4F），其外层引入了丁基辛基支链，以降低分子的平面性并减弱分子间的π–π堆叠作用。通过纳米沉淀法制备的水溶性L8-4F纳米颗粒（NPs）不仅具有强的近红外I（NIR-I）吸收能力（吸收峰位于1000–1100 nm），较大的斯托克斯位移（108 nm），还在835–1200 nm范围内具有近红外II（NIR-II）发射能力。在808 nm激光照射下，这些纳米颗粒的光热转换效率（PCE）高达58%，同时还能生成I型超氧阴离子（•O??）。在动物实验中，利用L8-4F NPs通过荧光成像（FLI）和光声成像（PAI）技术在携带4T1肿瘤的小鼠体内实现了高分辨率的血管成像和精确的肿瘤定位。此外，光热疗法（PTT）与I型光动力疗法（PDT）的联合使用为乳腺癌治疗提供了有效策略。总体而言，本研究为构建高效“通用型”光热诊疗纳米剂提供了宝贵的指导。
引言
全球范围内，乳腺癌仍然是女性死亡的重要原因之一，因此开发高效的治疗策略对于提高患者生存率至关重要[1]、[2]、[3]、[4]。光热诊疗技术结合了基于光的诊断方法（如荧光成像、FLI和光声成像PAI）和治疗方法（如光热疗法PTT和光动力疗法PDT），已成为实现个性化肿瘤治疗的关键平台[5]、[6]、[7]。与传统的治疗手段（如手术、化疗和放疗）相比，光热诊疗技术具有独特的优势[8]、[9]。它可以通过FLI和PAI以非侵入性方式精确区分肿瘤与正常组织，从而实现准确诊断[10]、[11]。此外，它还可以将PTT和PDT结合起来，产生“1+1>2”的治疗效果[12]、[13]。而且，光热诊疗技术的系统毒性较低，药物耐药性也较小[14]、[15]。因此，开发多功能“通用型”光热诊疗纳米剂已成为该领域的迫切需求[16]。
在过去十年中，已经开发出了多种多功能“通用型”光热诊疗纳米剂，包括有机小分子[17]、[18]、共轭聚合物[19]、碳基材料[20]和无机材料[21]。其中，具有A-D-A结构的有机融合环状小分子（A：受体；D：供体）因其光捕获效率和可调光学带隙等固有优点而受到广泛关注[22]、[23]、[24]、[25]。为了满足进一步临床应用的需求，理想的多功能有机融合环状小分子光热诊疗纳米剂不仅应具有强的近红外吸收能力、近红外II（NIR-II，1000–1700 nm）发射能力以及较大的斯托克斯位移以抑制自淬灭和激发-发射之间的干扰，从而保证高成像质量，还应具备高的光热转换效率（PCE）和高产量的活性氧（ROS），从而实现基于成像的精准高效光疗[26]。在分子设计中，通常采用分子骨架修饰和末端基团功能化策略来调节π共轭长度和能级，从而微调吸收区域和分子内电荷转移[27]、[28]、[29]。然而，分子骨架修饰策略在有机融合环状小分子中仍面临合成过程复杂和结构-性质关系难以预测的问题[30]。同时，末端基团功能化策略也受到复杂制备步骤和光物理性质（如PCE和光致发光量子产率PLQY）优化不均衡的限制。相比之下，外层侧链工程策略具有独特的优势，可以在保持共轭骨架光物理性质的同时实现精确的周边调控[31]、[32]、[33]、[34]。它利用特定的侧链基团优化分子堆叠和分子内运动，从而促进I型ROS的生成并提高PCE[35]。尽管这一策略具有巨大潜力，但相关研究仍较少。因此，迫切需要阐明外层侧链工程在调节光物理性质和诊疗性能中的作用机制。
受此启发，我们基于融合环状A-D-A小分子合理设计了一种单组分光热诊疗纳米剂L8-4F纳米颗粒（NPs）。如图1所示，选择外层带有丁基辛基支链的融合环状L8以及2-(5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚烯)马来腈（IC-2F）作为强供体和受体。通过使用疏水性L8-4F分子和亲水性Pluronic F127进行纳米沉淀法，成功制备出了平均粒径为66.02 nm的水溶性L8-4F NPs。外层丁基辛基支链的引入延长了分子间的距离，抑制了π–π堆叠引起的荧光淬灭，并增强了聚集状态下的发射。庞大的空间位阻使得π–π堆叠更加松弛，促进了L8-4F NPs内的分子运动，从而增强了非辐射热生成。这种松散的π–π堆叠增加了它们与附近基底的接触，促进了电子转移，生成I型ROS。制备的L8-4F NPs水溶液表现出显著的NIR-I吸收和NIR-II荧光发射，以及较大的斯托克斯位移（108 nm），确保了优异的NIR-I FLI（PLQY，0.28%）和PAI性能，在携带4T1肿瘤的小鼠体内实现了高分辨率的血管成像和精确的肿瘤诊断成像。此外，L8-4F NPs在808 nm激光照射下的光热转换效率高达58%，同时还能生成超氧阴离子（•O??），从而实现了PTT和I型PDT的协同作用，增强了抗乳腺癌治疗效果。总体而言，本研究成功开发了一种基于外层支链工程的高性能“通用型”单分子光热诊疗纳米剂，为精准癌症诊断和高效治疗提供了新策略。
L8-4F NPs的制备
使用的市售L8-4F无需进一步纯化，按照以下步骤进行制备：首先将1.0 mg L8-4F和10.0 mg F127完全溶解在2 mL四氢呋喃（THF）中，超声处理10分钟。随后将初步获得的L8-4F纳米颗粒（L8-4F NPs）溶液搅拌12小时以蒸发THF溶剂。然后通过直径为0.22 μm的膜过滤器过滤溶液，并使用Millipore超滤管进行浓缩。
L8-4F NPs的光物理性质
鉴于n型非富勒烯有机融合环状小分子在有机太阳能电池中表现出出色的光捕获效率和光生电子-空穴对的有效分离[38]，我们旨在探索L8-4F在更广泛应用中的潜力。根据现有文献[39]，通过纳米沉淀法使用市售的L8-4F和F127制备了L8-4F NPs（见图1）。首先，从L8-4F:F127混合物中制备出不同粒径的纳米颗粒...
结论
总结来说，我们成功制备了一种“通用型”光热诊疗纳米平台，该平台集成了近红外I荧光成像/PAI诊断和PTT/I型PDT用于乳腺癌诊疗。这种基于融合环状小分子L8-4F的单组分光热诊疗纳米剂（L8-4F NPs）具有共价连接的外层丁基辛基支链。水溶性L8-4F NPs是通过使用Pluronic F127作为表面活性剂通过纳米沉淀法制备的。L8-4F NPs表现出...
CRediT作者贡献声明
赖新：撰写——原始稿件，研究，数据管理。
胡迪：方法学设计，数据管理。
郎伟：软件使用，资源准备。
游世勇：软件使用，数据分析。
欧阳芳：软件使用。
陈浩：数据可视化。
杨西涛：数据管理。
艾志福：项目管理，概念构思。
平玉辉：结果验证。
苏丹：项目管理，资金获取。
梁慧慧：撰写——审稿与编辑，项目管理，资金获取。
张有辉：撰写——审稿与...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（22404068）、江西省科技计划（20242BAB20457、20232ACB206056、20224ACB218008）、江西省教育厅科技研究计划（GJJ2400804、GJJ2402103）、江西中医药大学博士启动基金（2023BSZR017）以及江西省青年科学家和技术人员早期发展计划的支持。
