二聚體菁染料分子間和分子內(nèi)的協(xié)同聚集提供了體內(nèi)自我遞送和光熱治療

 近日，彭孝軍院士團(tuán)隊(duì)研究成果在《advanced functional materials》上發(fā)表，文章標(biāo)題為“Synergistic Inter- and Intramolecular Aggregation of Dimeric Cyanine Dyes Affords Highly Efficient In Vivo Self-Delivery and Photothermal Therapy”。該研究詳細(xì)地描述了一種新型的光熱療法策略，從分子設(shè)計(jì)到體內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，展示了其在抗癌治療中的潛力。
光熱療法作為一種有前途的抗癌治療策略，依賴于開發(fā)具有強(qiáng)大體內(nèi)傳遞能力和治療效果的光熱劑（Photothermal Agents, PTAs）。然而，目前缺乏有效的分子設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)高性能的PTAs。
該研究提出了一種策略性設(shè)計(jì)的二聚七甲基菁(Cy7)分子，通過鄰位/間位/對位-苯基二硫醇共價(jià)連接，這些設(shè)計(jì)促進(jìn)了在水中自發(fā)的納米粒子組裝，這歸因于有效的分子間聚集，增強(qiáng)了體內(nèi)傳遞。此外，分子內(nèi)Cy7單元之間的聚集促進(jìn)了優(yōu)越的光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE），對于間位二聚體可高達(dá)74.1%。值得注意的是，對位二聚體變體不僅實(shí)現(xiàn)了高達(dá)61.1%的高PCE，而且還展示了最有效的藥代動(dòng)力學(xué)特性，導(dǎo)致體內(nèi)無與倫比的抗癌效果。這種雙重聚集策略，利用分子間和分子內(nèi)的動(dòng)態(tài)，為二聚體Cy7提供了卓越的自我傳遞能力和光熱效果，為下一代光熱療法提供了一種有希望的方法。
 
文中研究單體與二聚體分散在水中時(shí)的行為，使用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和透射電子顯微鏡（TEM）對水分散的二聚體進(jìn)行進(jìn)一步表征。研究結(jié)果表明二聚體Cy7自發(fā)地組裝成平均直徑約為100納米的球形結(jié)構(gòu)，并且在模擬生理?xiàng)l件下（10%FBS的細(xì)胞培養(yǎng)基）也具有穩(wěn)定性。
 
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，二聚體Cy7的熒光量子產(chǎn)率為Φf < 0.3%，較單體顯著降低；二聚體Cy7的熒光猝滅主要是通過非輻射衰減（即熱產(chǎn)生）實(shí)現(xiàn)的、二聚體Cy7的光熱療法（PTT）效率顯著高于單體Cy7和ICG。
 

二聚體Cy7染料中強(qiáng)大的PET傾向有助于它們的光穩(wěn)定性，并維持它們隨時(shí)間的光熱效率。由于熒光猝滅導(dǎo)致的激發(fā)態(tài)壽命減少，使這些染料不易光漂白。
 
體外光療實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二聚體具有良好的生物相容性，并且不同程度上表現(xiàn)出比單體具有更強(qiáng)的光毒性，其中，幾乎所有用間二聚體處理的4T1細(xì)胞都在照射后死亡，這突顯了這些特定二聚體的強(qiáng)大光療能力。
 
體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示，二聚體Cy7在體內(nèi)的循環(huán)增強(qiáng)。利用二聚體Cy7的顯著光熱效應(yīng)，采用光聲成像檢測其體內(nèi)腫瘤積聚，注射后第12小時(shí)觀察到二聚體Cy7的峰值光聲信號，對二聚體在腫瘤組織中表現(xiàn)出最強(qiáng)光聲強(qiáng)度。
 
體內(nèi)抗腫瘤實(shí)驗(yàn)顯示，對二聚體顯示出最顯著的抗腫瘤活性，腫瘤體積幾乎沒有增加。
該研究成功開發(fā)了一種新型二聚體Cy7光熱劑，通過分子內(nèi)和分子間聚集的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了高效的體內(nèi)自我傳遞和光熱療效，其中對位二聚體展現(xiàn)出了最佳的穩(wěn)定性和抗癌效果，為光熱療法提供了一種有希望的新一代治療策略。
 
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202316452
 
關(guān)于iThera Medical小動(dòng)物多光譜光聲斷層掃描（MSOT）系統(tǒng)
MSOT多光譜光聲斷層掃描系統(tǒng)是由德國iThera Medical公司研發(fā)并推入市場的光聲成像設(shè)備，主要應(yīng)用包含：可實(shí)現(xiàn)動(dòng)物活體內(nèi)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，檢測體內(nèi)多種光譜信號，獲得特異性標(biāo)記的報(bào)告分子或生物標(biāo)記物在生物體內(nèi)分布的斷層影像，為研究生物組織的結(jié)構(gòu)形態(tài)、生理特征、代謝功能、病理特征等提供了重要手段，同時(shí)滿足現(xiàn)今小動(dòng)物活體成像趨勢所需的“功能”和“結(jié)構(gòu)”成像，主要應(yīng)用在腫瘤研究、腫瘤藥物靶向與代謝檢測、血氧分布與濃度研究、分子探針開發(fā)、腦科學(xué)研究、藥物遞送、藥物動(dòng)力學(xué)與生物分布研究等領(lǐng)域。
 
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