南开大学丁丹教授团队综述文章：有机余辉发光探针用于肿瘤治疗的机理与设计

光学成像技术在生物和医学领域均具有突出的优势。然而，大多数光学成像技术依赖于光激发产生的实时荧光信号。其中生物样本内源性分子的背景噪声是不可避免的，从而影响成像灵敏度并最终降低信号和图像质量的可靠性。余辉发光探针具有在照射（光、超声波或X射线）停止后仍能持续发出光子的特性。余辉成像依赖于外部照射，并且将照射过程和信号采集过程分开。这种分离有效地消除了背景和自发荧光的干扰，显著提高了成像灵敏度。然而，目前关于有机余辉发光探针设计策略的总结仍然很少。

基于此，南开大学丁丹教授团队与天津市第一中心医院泌尿外科刘谦主任团队合作，在MedMat期刊上发表题目为“Mechanism and design of organic afterglow luminescent probes for cancer theranostics”的综述文章。在本综述中，作者主要总结了现有有机余辉发光探针的发光机制和设计策略。随后，介绍了其在手术治疗、光动力治疗、光热治疗、放射动力学治疗、化疗和免疫治疗中的应用。最后，作者又提出了目前有机余辉成像在生物医学应用中存在的问题和挑战，同时讨论了可能的解决方案。

文章亮点：

1. 从发光机制出发，详细介绍了两种有机余辉发光探针的设计方法（共封装和共轭），并在此基础上总结了三种类型的有机余辉发光探针（近红外型、响应型和比率型）的设计策略。

2. 总结了有机余辉发光探针应用于癌症诊疗一体化领域的具体研究事例，并将其从材料设计、量化参数等方面进行比较。此外，作者还总结了各类有机余辉发光探针相关的缺点和应用限制，同时讨论了潜在的解决方案。

图文导读：

图 1. (A) 利用共封装策略制备的有机余辉发光探针的组成成分及其化学结构式。(B) 具有聚集诱导发光性质的近红外有机余辉发光探针的示意图及其化学结构式

图 2. (A) H2S刺激前后响应型探针的化学结构式变化和利用共封装策略制备的H2S响应型有机余辉探针工作示意图。(B) ONOO-刺激前后响应型探针的化学结构式变化和利用共封装策略制备的ONOO-响应型有机余辉探针工作示意图

图 3. 利用共封装策略制备的比率型有机余辉探针工作示意图和刺激前后响应型探针的化学结构式变化

图 4. (A)利用共轭策略制备的近红外有机余辉发光探针TPP-DO的化学结构式及其余辉发光机理。(B)利用共轭策略制备的近红外有机余辉发光探针NIR-3的化学结构式及其余辉发光机理

图 5. (A)利用共轭策略制备的响应型有机余辉发光探针MAS-pH响应前后化学结构式及其余辉发光的机理。(B)利用共轭策略制备的响应型有机余辉发光探针MRAP响应前后化学结构式及其余辉发光的机理

表1. 针对目前报道过的有机余辉探针，从材料设计、量化参数和治疗途径方面进行的比较

OALPs	Design strategy	λema	Brightnessb	Therapy pathways
AGL-AIE dots	Co-encapsulation/Near-Infrared	650 nm	2.0×106	Surgical therapy
F12+-ANP-Gal	Co-encapsulation/Response/ Near-Infrared	780 nm	3.0×105	Surgical therapy
SCAN	Co-encapsulation/Response	500 nm	3.0×107	Immunotherapy
RAN1	Co-encapsulation/Ratiometer	AF1=600nm AF2=830 nm	4.0×105	Immunotherapy
Q-TPP-DO	Conjugation/Near-Infrared	670 nm	1.8×108	Surgical therapy
NIR-3	Conjugation/Near-Infrared	800-820 nm	1.2×106	Photodynamic therapy
MRAP-cRGD	Conjugation/Response/ Near-Infrared	770 nm	1.3×106	Radiodynamic therapy
MAS-pH	Conjugation/Response/ Near-Infrared	690-770 nm	1.0×106	Chemotherapy
SPNCT	Co-encapsulation	600 nm	1.4×105	Photothermal therapy
PA-AGL NPs	Co-encapsulation/Response	625 nm	1.2×109	Immunotherapy
PFODBT@ CPPO	Co-encapsulation/Near-Infrared	690–770 nm	1.0×107	Photodynamic therapy
TD-Grz-BHQ	Co-encapsulation/Response	630 nm	7.0×107	Immunotherapy
AIE/B-AGL-HCPT NPs	Co-encapsulation/Response/ Near-Infrared	660 nm	2.0×106	Chemotherapy
APtN	Co-encapsulation/Response	550 nm	2.0×105	Chemotherapy
a λem is the highest afterglow emission  wavelength; b The unit of afterglow brightness is p s-1  cm-2 sr-1; SBR refers to the tumor to the paratumoral  tissue unless specified.

图 6. (A)余辉成像指导的手术治疗原理示意图。(B)在对腹腔转移瘤小鼠进行静脉注射近红外余辉纳米探针后，对手术治疗各个阶段的开放腹腔进行余辉成像。(C) 图 B 中小鼠在第一次非指导手术治疗和第二次余辉图像指导手术治疗后切除的肿瘤结节的大小分布

图 7. (A) 余辉成像指导的光动力治疗原理示意图。(B)肿瘤内注射了不同浓度余辉探针后，皮下荷瘤小鼠的余辉图像。(C)余辉强度与肿瘤生长抑制率的关系

图 8. (A) 余辉成像监测的光热治疗原理示意图。(B)静脉注射有机余辉发光探针后，对皮下荷瘤小鼠进行不同时间激光照射后进行的热成像和余辉成像

图 9. (A) 余辉成像监测的放射动力学治疗原理示意图。(B)静脉注射有机余辉发光探针后，对原位胶质母细胞瘤和健康小鼠进行不同时间点的余辉图像。(C) 对图B小鼠脑区余辉强度的定量分析。(D) 原位胶质母细胞瘤小鼠接受放射动力学治疗后的肿瘤生长情况

图 10. (A) 余辉成像追踪药物释放情况的原理示意图。(B) 余辉强度与药物释放百分比之间的相关性

图 11. (A) 余辉成像指导的免疫治疗原理示意图。(B)多次治疗后的荷瘤小鼠的余辉图像。(C) 针对图B中多次治疗之间余辉强度差异 (ΔS) 的量化。(D)对肿瘤内 M1 极化的巨噬细胞进行的量化。(E) 荷瘤小鼠接受免疫疗法后的肿瘤生长情况

总结与展望：

在本综述中，作者主要总结了现有有机余辉发光探针的机制和设计策略。接着，又介绍了其在手术治疗、光动力治疗、光热治疗、放射动力学治疗、化疗和免疫治疗中的应用。最后，作者分享了对解决有机余辉成像在生物医学应用中存在问题的建议。总之，有机余辉发光探针在疾病诊断和治疗方面具有显著的优势。希望本综述能激励有兴趣开发有机余辉发光探针的研究人员共同推进其在生物医学领域的应用。

作者介绍：

丁丹

通讯作者

南开大学生命科学学院

南开大学生命科学学院副院长、研究员、博士生导师

主要学术兼职：

担任Aggregate、Materials Chemistry Frontiers、Science China Chemistry、化学进展等国际期刊的编委或青年编委。

担任中国生物材料学会影像材料与技术分会委员、中国生物医学工程学会纳米医学与工程分会委员、中国生物物理学会智能诊疗技术和材料生物学分会委员、中国医药生物技术协会造影技术分会委员以及中国抗癌协会纳米肿瘤学专委会青年委员等。

主要研究方向及成果：

以通讯作者或第一作者在Nature Communications、JACS、Advanced Materials、ACS Nano等重要国际期刊上发表了SCI论文100余篇，研究成果受到国内外同行专家的广泛关注，H-index为55。国家杰出青年基金获得者,曾入选天津市青年千人计划、天津市青年科技优秀人才，获国家优秀青年科学基金、科技部重点研发计划中国澳大利亚政府间国际合作项目、天津市杰出青年项目基金资助，获天津青年科技奖、天津市自然科学基金一等奖（第五完成人）、天津市科技进步二等奖（第二完成人）。

课题组主页：http://www.dinglab.net/

高志远

第一作者

南开大学生命科学学院在读博士生

导师：丁丹

主要致力于发展新型分子影像探针并探索其在诊断治疗学中的应用。至今作为第一/共同第一作者在著名期刊Angew. Chem., Int. Ed.， Adv. Funct. Mater. 和 CCS Chem. 上发表过高水平论文。

来源：生材知道

主编微信

（商务合作，重要事宜）

注：添加微信请备注昵称+单位+研究

生命科学综合交流QQ群:681341860

微信学科群：病毒学群，神经科学群、临床医学、肿瘤学科群、硕博交流群和医药投资交流群（微信群审核要求较高，请各位添加赵编后主动备注单位研究方向）