东北林业大学贾涛副教授、赵修华教授团队JMCB封面文章：“一体化”策略近红外荧光成像指导的肿瘤双模治疗

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由于发病率和死亡率的不断上升，癌症已经成为全世界威胁人类健康的最常见疾病。现有的多种抗肿瘤治疗方法，包括手术切除、化疗、放疗等，尽管加大了治疗力度，但治疗后癌症复发和死亡的数量仍然很高。目前纳米载体介导的光疗法，包括光动力疗法 (PDT) 和光热疗法 (PTT)，由于其无侵入性、高选择性、不良反应小等优点，在过去十年中被广泛开发，成为最有前途的治疗方法之一。但无论是PTT或者PDT都有其不可避免的缺陷，因此，许多关于合理治疗策略的工作从单一治疗发展到PDT和PTT联合治疗。PDT可以利用活性氧消除PTT过程中的热休克蛋白，提高光热效应。相反，PTT可以利用热能激发肿瘤细胞的分子运动，提高周围肿瘤细胞的氧水平，从而缓解PDT的氧依赖问题，增强其作用。目前，这种策略的大多数往往是相对复杂的，且通常需要两种或两种以上的激光，极大地阻碍了进一步的临床应用。通过单一组分物质既实现单组分系统，又实现单波长激光照射，同时保持最大的PTT/PDT协同治疗效果，在生物医学领域引起了广泛关注。

图1分子结构，纳米材料制备和多功能光治疗的应用示意图。

近日，东北林业大学化学化工与资源利用学院贾涛副教授、赵修华教授团队构建了一种单一分子应用于PTT/PDT协同治疗。该研究以经典的有机光电材料喹吖啶酮 (QA) 为原料，通过简单的合成方法，获得了具有双功能光疗和近红外荧光特性的诊断和治疗用 “一体化” 功能材料二氰取代5,12-二丁基喹吖啶酮 (DCN-4CQA)。在4CQA上修饰较强的吸电子-CN基团，增强其分子内电子转移特征，使吸收带进一步向近红外区移动。以Pluronic®127 (F127) 为载体制备了智能水溶性纳米粒子DCN-4CQA/F127，所制备的纳米粒子不仅很好地保留了小分子优异的性能且在近红外激光照射下具有良好的生物相容性、良好的光稳定性、高的光热转换效率 (η = 47.3%) 和足够的¹O₂生成 (ΦΔ = 24.3%)。在实现安全、高效、准确的癌症治疗方面具有良好的应用潜力。  

体外实验结果表明，所制备的纳米粒子（DCN-4CQA/F27 NPs）具有良好的光热性能以及光热稳定性，且具有较低的暗毒性，但在655 nm激光照射下，DCN-4CQA/F27 NPs在产热的同时仍能够继续产生较强的单线态氧，通过良好的协同作用杀死癌细胞。此外，该纳米粒子还具有一定的荧光成像的能力，静脉注射一段时间后，根据荧光追踪可以判断其从肝脏及肾脏排出。体内抗肿瘤实验显示，通过瘤内注射DCN-4CQA/F27 NPs后，可以观察到明显的抑瘤效果。在15天治疗周期内基本能达到完全抑制肿瘤效果。继续观察治疗过程中小鼠体重的变化。所有组的小鼠体重均能够保持平稳。在结束治疗后，采用H&E染色法，以探究DCN-4CQA/F27 NPs潜在的小鼠体内毒性。所有治疗组的主要器官均未出现明显的病理异常，表明该纳米粒子无明显的全身毒性。

图2 (A-C）DCN-4CQA/F27 NPs光热及光稳定性；（D）DCN-4CQA的ESR信号；（E，F）DCN-4CQA/F27 NPs体内荧光信号。

图3 (A，B）HeLa细胞在黑暗及光照下相对活性；（C）小鼠体重；（D）监测小鼠肿瘤生长；（E）H&E组织切片。 

综上所述，所有结果证明了所提出的多功能近红外有机小分子设计的可行性，这种基于单一分子制备的功能性纳米粒子的PTT/PDT协同治疗具有理想的肿瘤杀伤性能，并取得了最大限度的治疗效果。该研究为设计近红外有机小分子提供了一种可行的策略，为进一步开发高性能有机治疗剂提供了新的思路。

相关研究成果"All-in-One" Strategy Based on Organic Molecule DCN-4CQA for Effective NIR Fluorescence Imaging guided Dual Phototherapy”近期发表在Journal of Materials Chemistry B (IF=6.331)，该论文被编辑重点评述，并邀请期刊封面。通讯作者为东北林业大学贾涛副教授和赵修华教授，硕士研究生李露为论文的第一作者。该工作得到了黑龙江省杰出青年基金、黑龙江省留学回国人员择优资助、中国博士后基金和黑龙江省头雁计划研究经费的资助。最后特别感谢吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室王悦教授的悉心指导。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tb/d1tb00949d#!divAbstract

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