本文要点：将近红外第二窗口荧光成像(NIR-II FLI)、化疗和光热治疗(PTT)的多种功能集中到单个分子中仍然是一个极具挑战性的任务。受高温可以增强某些烷化剂的细胞毒性的结果启发，本文设计并合成了新型化

合物NM。将氮芥的活性基团双（2-氯乙基）氨基引入供体-受体-供体（D-A-D）电子结构中，用DSPE-PEG2000对疏水剂NM进行修饰，制备纳米平台NM-NPs。体外和体内实验研究表明，NM-NPs使血管清晰地显示在NIR-II区，并通过化疗-光热协同治疗实现肿瘤的完全消除。

背景：氮芥作为烷化剂的发现促进了癌症化疗的发展。据报道，高温可增强烷化剂马法兰的化疗效果。将诊断和治疗结合在一起的声学探针是潜在的癌症治疗工具。与MRI和PA成像方式相比，近红外(NIR)荧光成像具有更高的成像分辨率。第二近红外光学窗口(NIR-II，1000-1700 nm)的荧光成像因其无创、高分辨率、无辐射、实时成像等突出优点而受到极大的关注。由于单一PTT治疗会留下残留癌细胞，化疗和光热治疗联合治疗是建立多功能光疗最常用的方法。以往报道的化疗、光热联合治疗的光疗药物的制备主要是通过将光热剂、荧光团和抗肿瘤药物包裹在一个纳米平台上，其成分复杂、重复性差、药代动力学不确定，因此将NIR-II成像、化疗和PTT功能整合到单个分子中是很好的策略。

研究内容：作者设计并合成了一种新的化合物NM，它将NIR-II FLI、化疗和PPT的功能整合到单分子系统中。利用纳米颗粒疏水性强的特点，将纳米颗粒与两亲聚合物DSPE-PEG2000复合，制备了水溶性纳米颗粒(NM-NPs)。该纳米粒子不仅具有超过1100 nm的发射波长，是一种穿透深度和时空分辨率都很高的近红外成像纳米探针，还可以作为一种有效的制剂协同化疗-光热疗法来治疗恶性肿瘤。生物相容性实验证明了纳米粒的生物毒性可以忽略不计，具有良好的临床应用前景。（Scheme 1）

NM-NPs的合成及表征如图1所示。作者将氮芥的活性基团双（2-氯乙基）氨基引入供体-受体-供体（D-A-D）电子结构中，并将DSPE-PEG2000修饰在疏水性小分子NIR-II探针表面（图1a）。TEM和DLS显示NM-NPs平均粒径为110 nm（图1B，1C）。图1D显示NM（溶剂：四氢呋喃）和NM-NPs水溶液的吸收光谱相同，吸收峰在850 nm。在808 nm激光激发下，NM-NPs的荧光发射光谱在1100 nm处有一个峰值发射波长，与NM相比红移了约50 nm。作者还比较了NM-NPs与吲哚青绿(ICG)的光稳定性。在功率密度为0.5W cm−2的808 nm激光照射下，ICG的荧光强度在前10min显著降低，1h后ICG的吸收完全衰减。而NM-NPs几乎保持不变，表明NM-NPs具有显著的光稳定性（图1E，F）。

Figure 1

接下来作者系统地研究了分散在水中的NM-NPs的光热转化能力。在808 nm激光连续照射5 min后（0.5 Wcm-2），NM-NPs（80 μM）的温度也可以提高到47℃以上(图2a)。当NM-NPs的浓度从10 μM增加到80 μM时，，808 nm激光照射5min（1 Wcm-2），溶液的温度从27.6℃上升到74.8℃。(图2B)。红外热像图显示产生的温度与浓度有关(图2C)。作者用ICG作为比较来评价NM-NPs的光热稳定性。如图2D所示，激光开关加热循环中，ICG溶液的温度逐渐下降，表明ICG的光热稳定性较差。相反，即使在5次激光开关加热循环后，NM-NPs的光热性质几乎不变，表明NM-NPs具有很好的光热稳定性。图2E和F表明NM-NPs的光热转换效率(PCE)为47.38%。

Figure 2

作者继续验证NM-NPs的体外kang癌性能。克隆形成实验表明无论有无激光照射，随着浓度增加，A549细胞的集落数量都明显减少。与NM-NPs单独处理相比，放疗联合化疗-光热组增强了抗肿瘤细胞增殖的效果(图3A)。随后，MTT实验结果表明NM-NPs以浓度依赖的方式抑制A549细胞的增殖（图3B），激光照射后IC50值增加约3倍。kang癌药苯丁酸氮芥组对A549细胞的增殖抑制作用不明显。钙黄绿素AM和碘化丙啶PI共染色结果显示NM-NPs处理的细胞在激光照射下被有效抑制，表明化疗-光热联合治疗将有效地治疗肿瘤。

Figure 3

随后，作者研究了NM-NPs的NIR-II成像性能。采用不同的长通滤光片(1000 nm、1250 nm、1400 nm)对雌性BALB/c小鼠的全身血管进行NIR-II荧光成像。通过尾静脉注射PBS溶液中的NM-NPs。然后分别用1000LP、1250LP和1400LP滤光片对小鼠进行160mW cm−2808 nm激光激发。如图4A所示，腹部血管清晰可见。使用1400LP滤光片后，NIR-II荧光成像的空间分辨率明显提高，血管的清晰度显著提高。橙色虚线上的荧光强度曲线表明，目标血管的清晰度随着波长的增加而直接提高(图4B)。小鼠后肢的放大图像如图4C所示。当波长在1000~1400 nm之间变化时，后肢血管的清晰度明显提高。作者量化了橙色虚线的荧光强度，并用高斯函数计算了血管直径的半高全宽(FWHM)(图4D-4F)。所有的成像结果都显示了NM-NPs作为NIR-II成像纳米探针的潜力。

Figure 4

最后作者进行了NM-NPs的体内治疗实验。用红外热像仪(图5A)拍摄小鼠的热像，并记录肿瘤部位的温度。NM-NPS+激光组肿瘤部位温度迅速升高，达到53℃的平台期，而PBS+激光组仅升高3.3℃(图5B)。小鼠体重和肿瘤体积如图5C和5D所示，NM-NPs+激光组的相对肿瘤体积显著减少，甚至一些小鼠肿瘤消失。从所有组切除的肿瘤重量和肿瘤代表性照片显示，化疗-光热协同治疗是治疗肿瘤的有效策略(图5e，5F)。肿瘤的H&E染色表明，NM-NPs+激光治疗组导致高水平的细胞凋亡和坏死。Ki67免疫染色结果显示，NM-NPs+激光治疗组Ki67蛋白表达水平较低，说明化疗-光热联合治疗有效地抑制了肿瘤细胞的增殖(图5G)。

Figure 5

总结：作者成功设计并合成了小分子NM，它将近红外-II荧光、化疗和光热治疗功能整合到一个单分子体系中。作者构建了一种基于D-A-D电子结构的NM-NPs纳米平台，对A549荷瘤小鼠取得了良好的近红外成像效果和化疗-光热治疗效果。NM-NPs在近红外成像和协同化疗-光热治疗方面具有广阔的应用前景。

参考文献

doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121670

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