二噻吩乙烯為電子供體近紅外熒光團(tuán)用于熒光光聲雙模型成像和光熱治療

本文要點(diǎn)：本文作者以二噻吩乙烯為電子供體，苯并雙噻二唑?yàn)殡娮邮荏w，合成了一個(gè)新的D-A-D型熒光染料BBTD-BET。該染料在近紅外一區(qū)（NIR-I）和近紅外二區(qū)（NIR-II）光譜范圍內(nèi)均具有吸收和發(fā)射。然后作者使用PEG修飾的BBTD-BET-PEG作為活體成像探針，發(fā)現(xiàn)其可以實(shí)現(xiàn)高分辨率以及信噪比的 NIR-II熒光/光聲的雙模態(tài)成像。與此同時(shí)，該探針有優(yōu)異的光熱治療效果，通過治療，小鼠體內(nèi)的腫瘤可被根除。這項(xiàng)工作首次以二噻吩乙烯作為D-A-D型熒光團(tuán)構(gòu)建的給體，合成的染料在腫瘤治療中非常有前景。

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圖1 BBTD-BET和BBTD-BET-PEG的合成路線圖和光學(xué)性質(zhì)

 

二噻吩乙烯是一種獨(dú)特的光致變色分子，兩個(gè)噻吩環(huán)為其提供了強(qiáng)大的電子供體能力，因此二噻吩乙烯可以成為構(gòu)建NIR-II熒光團(tuán)的合適供體。BBTD-BET和BBTD-BET-PEG的合成路線如圖1所示。BBTD-BTE在甲苯中的吸收位于788 nm，發(fā)射范圍為850-1400 nm，峰值為976 nm（圖1a）。BBTD-BTE在甲苯中的熒光量子產(chǎn)率約為1.369%（圖1b）。而水溶性修飾的BBTD-BTE-PEG在水中的吸收峰和發(fā)射峰分別位于780和1094 nm（圖1c）。作者還測量了BBTD-BTE-PEG在不同介質(zhì)中的光穩(wěn)定性，分別將樣品用808nm激光連續(xù)照射1h，功率密度為200 mW/cm2。未觀察到其熒光強(qiáng)度的顯著變化，表明其良好的光穩(wěn)定性（圖1d）。

圖2 BBTD-BET-PEG的熒光成像結(jié)果

 

隨后作者進(jìn)行了腫瘤小鼠的NIR-II熒光成像。將BBTD-BTE-PEG(6 mg/mL, 200 μL)尾靜脈注射進(jìn)入H22荷瘤小鼠，可以發(fā)現(xiàn)熒光信號(hào)主要富集在肝臟以及腫瘤部位（圖2a）。將該小鼠殺死后，染料的生物分布結(jié)果與成像結(jié)果相吻合（圖2b），也即肝臟、脾臟和腫瘤均表現(xiàn)出較強(qiáng)的熒光信號(hào)，其強(qiáng)度依次為肝臟>腫瘤>脾臟（圖2c）。這些結(jié)果表明，BBTD-BTE-PEG作為造影劑在NIR-II熒光成像和腫瘤檢測中具有巨大的應(yīng)用潛力。

圖3 BBTD-BET-PEG的光聲成像結(jié)果

 

光聲成像（PA）是另一種有用的生物成像技術(shù)，具有高成像深度和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)BBTD-BTE-PEG在近紅外窗口的強(qiáng)吸收使該熒光團(tuán)有成為光聲造影劑的潛力。正如預(yù)期的那樣，BBTD-BTE-PEG的PA光譜與其吸收光譜匹配良好，在680-850 nm的范圍內(nèi)顯示出強(qiáng)烈的PA信號(hào)，峰值約為780 nm（圖3a）。作者隨即將BBTD-BTE-PEG經(jīng)尾靜脈注射到H22荷瘤小鼠體內(nèi)后，觀察其PA成像性能。成像結(jié)果如圖3c所示，其中腫瘤的PA信號(hào)強(qiáng)度在60 h時(shí)達(dá)到最大值（圖3b），這與圖2所示的熒光成像結(jié)果一致，表明BBTD-BTE-PEG可以用作NIR-II/PA雙模探針，以提高疾病診斷中的檢測深度和準(zhǔn)確性。

圖4 BBTD-BET-PEG的光熱治療效果

 

鑒于BBTD-BTE-PEG具有良好的PA成像性能，作者進(jìn)一步評(píng)估了其光熱治療效果。在尾靜脈向H22荷瘤小鼠注射PBS和BBTD-BTE-PEG后的第二天，用808 nm激光照射小鼠10分鐘�？梢杂^察到，在激光照射下，經(jīng)BBTD-BTE-PEG治療的腫瘤的溫度迅速升高，并達(dá)到56℃的平臺(tái)，而在相同條件下，PBS治療的腫瘤溫度僅略微上升至39℃（圖4b）�？梢杂^察到，只有BBTD-BTE-PEG在激光治療后對(duì)腫瘤顯示出顯著的抑制作用，并且腫瘤最終被根除，而其他三組對(duì)腫瘤生長的抑制作用可以忽略不計(jì)（圖4c）。同時(shí)，在觀察期內(nèi)，使用BBTD-BTE-PEG、PBS+808 nm激光和BBTD-BTE-PEG+808 nm激光治療的小鼠的體重與使用PBS治療的小鼠的體重相當(dāng)（圖4d），表明這些治療均未產(chǎn)生顯著的副作用。這些結(jié)果均表明BBTD-BTE-PEG在小鼠層面有很好的光熱治療效果。

 

參考文獻(xiàn)

Jia Li, Ruonan Wang,Ying Sun, Panpan Xiao, Shuo Yang, Xin Wang, Quli Fan, Wei Wu, Xiqun Jiang,NIR-II Fluorophore with Dithienylethene as an Electron Donor for Fluorescence/PhotoacousticDual-Model Imaging and Photothermal Therapy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021,13, 46, 54830–54839

 

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