不對稱花菁染料經(jīng)體內(nèi)內(nèi)源性白蛋白實現(xiàn)高效NIR-II光聲成像和光熱治療

本文要點：本文作者基于不對稱花菁染料設計策略，將ICG其中的一個苯并吡啶電子供體替換為萘吡咯電子供體，成功合成了具有高消光系數(shù)的花菁染料NIC。通過將白蛋白結合基序tEB以及靶向配體c(RGDfc)引入分子中，賦予NIC-ER白蛋白結合和主動靶向的能力。NIC-ER在1030nm處具有顯著的發(fā)射，在HSA中，NIC-ER表現(xiàn)出明亮的NIR-II發(fā)射，具有較高的光穩(wěn)定性和顯著的斯托克斯位移。能夠以高信號背景比和較深的穿透深度，實現(xiàn)肢體、大腦和腹部區(qū)域小血管的無創(chuàng)成像。此外，NIC-ER還成功應用于靶向腫瘤成像（NIR-II熒光/PA協(xié)同成像）和高效腫瘤消除（光熱療法）。

圖1. NIC和NIC-ER的合成策略以及光物理性質表征

與最大吸收位于800nm的ICG-COOH相比（圖1a），NIC存在大約100nm的紅移（圖1b）。在950nm處顯示最大發(fā)射峰，在1030nm處也存在信號（圖1d）。將NIC-ER染料與HSA混合后，由于蛋白結合效應，隨著HSA含量的增加，吸收峰和肩部的強度均增加，相對于較短波長吸收（800nm），900nm處的吸收增強更多（圖1e）。950nm處的較小發(fā)射峰和1030nm處的較高發(fā)射峰均增強，熒光強度增加89倍（圖1f）。

圖2. 小鼠脈管系統(tǒng)NIR-II熒光成像

尾靜脈注射NIC-ER探針，在915nm激光下激發(fā)，用1250nm長通濾光片進行拍攝，小鼠后肢血光可以清晰地分辨出來（圖2a），顯示該探針在NIR-II熒光成像上的高空間分辨率。此外，也可以對整個腹部的血管進行熒光成像（圖2b）。在對更深位置處，如腦部血管進行成像時，可以清晰地分辨出大而細的血管（圖2c）。對裸鼠后爪皮內(nèi)注射NIC-ER后，可以清晰地對腘窩淋巴結和淋巴管進行NIR-II熒光成像。

圖3. 不同時間點，4T1荷瘤鼠NIR-II熒光成像（a）以及光聲成像（b）

通過尾靜脈向4T1荷瘤裸鼠注射NIC-ER。在注射后1min、1h、2h、6h、12h和24h進行體內(nèi)NIR-II成像。在1min時，從成像數(shù)據(jù)中可以清楚地觀察到腫瘤供血血管。在實驗期間，腫瘤部位的信號強度逐漸增強，在注射6-24h后，腫瘤部位處清晰可見。NIC-ER在NIR區(qū)表現(xiàn)出較強的吸收，在PA成像方面具有很大的潛力。尾靜脈注射后，腫瘤組織的PA信號隨著時間逐漸增強，與NIR-II熒光成像行為一致，兩種成像結果表明，該探針在組織定位與術中手術的邊緣評估方面具有突出的前景。

圖4. 體內(nèi)光熱治療研究

靜脈注射NIC-ER探針12h后，用 913nm激光連續(xù)照射小鼠腫瘤5min，連續(xù)監(jiān)測14天。可以發(fā)現(xiàn)，相比于對照組，NIC-ER通過光熱治療顯示出極好的抗腫瘤療效，4T1腫瘤的生長被完全抑制，并且在實驗期間沒有復發(fā)，另外，在此期間，小鼠的體重沒有發(fā)生明顯的變化，說明光熱療法具有良好的耐受性。通過HE染色，光熱治療組腫瘤組織的凋亡細胞顯著增加，且治療組腫瘤組織增殖能力明顯低于對照組。

參考文獻

Pei Jiang and Jing Wang, Unsymmetrical cyanine dye via in vivo hitchhiking endogenous albumin afords high-performance NIR-II/photoacoustic imaging and photothermal therapy. J Nanobiotechnol (2021) 19:334. 

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