高希珂研究员和丁丹教授合作将D-A型大π共轭聚合物用于肿瘤活体近红外光热诊疗
癌症已成为严重威胁人类生命健康的疾病之一，作为肿瘤研究新兴技术的“一体式”纳米诊疗平台，为肿瘤的诊断和治疗一体化提供了新策略。近红外光热材料通过抑制非辐射跃迁将吸收的近红外光转化为热能，利用肿瘤区域局部的高温将肿瘤细胞杀灭，从而治疗肿瘤。相比于可见光，近红外光具有深层次的组织穿透能力，利用近红外光热转化效应实现肿瘤的光热治疗已成为现代光诊疗研究的热点之一。然而，目前研究中常用的无机近红外光热试剂存在潜在的长期毒性，而传统的有机小分子则受限于较低的光热转化效率与较差的光稳定性等缺陷。因此，研究者急需研发兼具高稳定性、高光热转化效率和良好生物相容性的新型近红外有机光热试剂，以提高肿瘤治疗的有效性与生物安全性。
近日，中科院上海有机所高希珂课题组和南开大学丁丹课题组通过调控给体和受体单元的共轭程度和平面性，设计了系列具有大π给体-受体（L-π-D-A）结构的共轭聚合物，其纳米粒子在近红外激光（808 nm）辐射下具有优异的光热转换效率（~61.8%），该纳米粒子（SPN1-3）可在活体动物中实现高对比度的光声成像，并被成功应用于活体近红外肿瘤光热治疗（图1）。
图1 L-π-D-A聚合物分子设计策略、化学结构及其多功能光疗应用
该分子设计采用具有大π-共轭结构的萘二酰亚胺（NDI-DTYA2）和噻吩并引达省（IDT）分别作为强受体和给体单元，强D-A作用有利于分子内的电荷转移，抑制辐射跃迁，可以将材料吸收的能量高效转化为热能；另一方面，强D-A作用有利于实现近红外吸收和高的摩尔吸收系数。这些结构特征有利于提高材料的光热转化效率，实现其在肿瘤光热治疗与光声成像中的应用。该新型L-π-D-A聚合物纳米粒子在808 nm近红外激光辐射下可实现高效的光热升温性能，在生物模型中呈现优异的光声信号、高效的肿瘤杀伤效果以及良好的生物相容性（图2）。以上研究表明，L-π-D-A分子设计有望成为获得高性能近红外聚合物光热试剂的有效策略，用于发展高性能近红外光热诊疗纳米平台。
图2 光诊疗试剂SPN1-3应用于活体抗肿瘤性能和生物安全性评价
相关研究成果近期以封面文章的形式发表于Science China Chemistry。上海有机所李建高博士和南开大学博士后欧翰林博士为论文共同第一作者，上海有机所高希珂研究员和南开大学丁丹教授为论文共同通讯作者，理论计算部分由上海中医药大学的杨笑迪教授完成。详见：Jiangao Li, Hanlin Ou, Jing Li, Xiaodi Yang, Dan Ding* & Xike Gao*. Large π-extended donor-acceptor polymers for highly efficient in vivo near-infrared photoacoustic imaging and photothermal tumor therapy. Sci. China. Chem., 2021, 64(12), 2180-2192.
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通讯作者简介
高希珂，中国科学院上海有机化学研究所研究员，博士生导师。2008年7月于中国科学院化学研究所获理学博士学位，同年10月进入上海有机所工作，历任副研究员和研究员。2011年入选上海市青年科技启明星计划，2015年获国家优秀青年科学基金资助，2019年入选上海市优秀学术带头人。曾获中科院卢嘉锡青年人才奖（2013）、中科院青年创新促进会首批优秀会员（2015）、上海市科技系统青年五四奖章（2016）、上海市自然科学二等奖（2020，1/5）、Thieme Chemistry Journal Award （2021）等奖项和荣誉。目前担任Science China Chemistry青年编委和《有机化学》编委。研究领域：有机分子功能材料化学；研究方向：非苯芳烃化学（薁化学），有机光电功能材料，有机生物功能材料。已在Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Adv. Mater.等重要学术期刊上发表论文90余篇；以第一发明人获得授权发明专利15项，部分专利已许可给企业使用。课题组主页：http://www.sioc.cas.cn/yjgnfz/kydw/xsdtr/gxk/
丁丹，南开大学生命科学学院教授。课题组的研究方向为新型分子影像探针的设计、制备与生物医学应用。课题组主要发展基于“聚集诱导发光”荧光分子以及半导体共轭高分子等材料的新型分子影像探针，并致力于发展能够应用于肿瘤、组织缺血等重要疾病的诊断与治疗的新材料与新方法。2013年以来，丁丹先后入选了天津市“青年千人”、南开大学“百名青年学科带头人”、天津市“青年科技优秀人才”等人才计划，并于2016年获得了国家自然科学基金委“优秀青年”科学基金项目的资助。迄今为止，丁丹以通讯作者或第一作者在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., ACS Nano等重要国际期刊上发表了SCI论文80余篇，研究成果受到国内外同行专家的广泛关注，SCI论文共被他人引用7000余次，H-index为54。课题组主页：http://www.dinglab.net/index.html