The Innovation | 肿瘤光学诊疗一体化
导 读
光诊疗结合了诊断成像和光学治疗，在肿瘤早期检测和精准治疗中具有广阔应用前景。NIR-II小分子荧光团由于生物相容性好、结构可控、成像质量高且具有良好的光毒性，在肿瘤诊疗中表现出巨大的临床应用潜力。本文系统总结了近年来NIR-II小分子荧光团的设计策略及其在肿瘤光诊疗中的发展历程；讨论了未来的发展方向和挑战。
构建理想的NIR-II有机小分子荧光团用于高性能光诊疗，应考虑其稳定性、荧光发射波长、亮度、光热转换效率和活性氧（ROS）产生效率等几个重要因素。目前，已报道的NIR-II有机小分子荧光团，主要包括基于苯并双噻二唑（BBT）、硒二唑并苯并噻二唑（BSBT）、花菁类（Cyanine）、氟硼二吡咯（BODIPY）/氮杂氟硼二吡咯（aza-BODIPY）、吡咯并吡咯二酮（DPP）和方酸（Squaraine）等的NIR-II有机小分子荧光团（图1）。
图1 常见NIR-II有机小分子荧光团的类别及应用
2016年报道了首个具有供体-受体-供体（D-A-D）结构的NIR-II有机小分子荧光团CH1055 （图2A），其在小鼠脑血管成像应用中显示出比临床批准的染料吲哚菁绿（ICG）更高的分辨率和信噪比（图2B），与抗体EGFR偶联后，CH1055-EGFR可用于肿瘤主动靶向成像（图2C，2D）。CH1055的出现，为后续NIR-II荧光团的设计和构建提供了良好平台，开启了对NIR-II荧光成像研究的新纪元。
图2 NIR-II荧光团分子结构与其生物成像
（A）CH1055-PEG的合成。（B）ICG在NIR-I区域和CH1055-PEG在NIR-II区域的脑血管成像对比。（C）CH1055-EGFR的合成示意图。（D）CH1055-EGFR的肿瘤靶向成像。（E）IR-E1的颅脑外伤成像。（F）IR-FGP与蛋白质通过点击反应结合的示意图。（G）使用IR-FGP通过NIR-I / NIR-II共聚焦显微镜获得的核，神经元和血管通道的三色3D渲染。
目前，大多数具有被动或主动肿瘤靶向行为的NIR-II荧光团属于“always-on”类型，这种类型的荧光团，无论是在病变组织还是正常组织中，只要被激发就会产生荧光信号，这就会导致成像信噪比低，甚至出现假阳性现象，对疾病诊断和治疗是一个严重的问题。近年来报道的一些“turn-on”型NIR-II小分子荧光团极大地提高了成像信噪比和特异性，实现了癌症的精准诊断（图3A）。
图3 NIR-II荧光团多模态生物成像
（A）肿瘤特异性成像纳米颗粒（HISSNPs）的合成及其NIR-II荧光激活过程。（B）QT-RGD纳米颗粒用于NIR-II荧光成像/光声成像/单光子发射计算机断层成像引导的肿瘤光热治疗。
传统的肿瘤治疗方式（外科手术、放射治疗和化学治疗）对人体具有一定的副作用且与诊断脱节，在一定程度上限制了治疗效率。为了实现高效、精准和无创的肿瘤治疗，研究者开发了具有“诊疗一体化”功能的NIR-II小分子荧光团，用于成像引导的光治疗。特别是多模态诊疗一体化NIR-II小分子荧光团的出现，进一步提高了肿瘤治疗的精确性和疗效（图3B，图4）。
图4 NIR-II荧光团的多模态诊疗
（A） DPP-BDT纳米颗粒用于NIR-II荧光成像/光声成像引导的肿瘤光动力/光热协同治疗。（B） P(DPP-BT/DOX)纳米颗粒用于NIR-II荧光成像/光声成像引导的肿瘤光动力/光热/化学协同治疗。（C）SQ1纳米探针用于NIR-II荧光成像/光声成像引导的肿瘤光热治疗。
总结和展望
本文总结了近年来NIR-II有机小分子荧光团在肿瘤光诊疗中的研究进展，归纳了其设计策略；根据吸电子受体进行了分类，纵向比较了其光诊疗特性；最后，讨论了其未来的发展方向及面临的挑战。
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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00007-2
本文内容来自Cell Press 合作期刊The Innovation 第二卷第一期发表的Review文章“Small molecular NIR-II fluorophores for cancer phototheranostics” (投稿: 2020-11-05；接收: 2021-01-13；在线刊出: 2021-01-18； DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100082)
引用格式：Dai H., Shen Q., Shao J., et al. (2021). Small Molecular NIR-II Fluorophores for Cancer Phototheranostics. The Innovation. 2(1), 100082.
作者简介
董晓臣，二级教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，主要从事生物光电子、柔性电子材料与器件研究。近年来，以通讯作者和第一作者身份先后在Advanced Materials，Physical Review Letters，ACS Nano，Chemical Society Reviews，Angewandte Chemie International Edition等国际期刊发表SCI论文250多篇，他引17000多次；出版专著1部——《生物光电子学》（科学出版社，2018），有机光敏剂肝癌多模态诊疗进入临床前实验。研究成果先后荣获教育部科技进步二等奖1项（2018年），江苏省科学技术一、二等奖（2016年，2018年）各1项；2018、2019年全球高被引科学家。
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