NIR-II 发光的AIEgen用于单激光激活的光动力-光热治疗
本文要点：作者开发了一种基于新型AIE染料（ZSY-TPE）的多功能NIR-II光学诊疗平台，并将其用于单束激光激活的、成像指导的光热-光动力联合治疗。体内实验研究证实，ZSY-TPE可以对小鼠4T1肿瘤和金黄色葡萄球菌感染模型有高性能的NIR-II引导联合光疗特点，且无明显副作用。因此，作者提出ZSY-TPE作为强大的光热疗平台，可用于精确的NIR-II荧光/ PA成像以及对肿瘤和细菌感染的协同光动力/光热疗法。
光诱导的治疗诊断平台是使用多功能探针同时进行光学成像和成像引导的光学疗法的联合治疗方法，已经在治疗恶性肿瘤、细菌感染和代谢异常等方面进行了验证。近些年，NIR-II荧光成像的出现，弥补了可见光成像和NIR-I荧光成像在散射、穿透性、光疗效率的不足。但是，大部分NIR-II有机荧光团会发生聚集淬灭，这会影响它们的光物理性。在此背景下，作者合成了一种基于AIE的新型NIR-II光热疗剂ZSY-TPE，可用于成像引导的光学疗法。ZSY-TPE具有两个功能单元：一个是发射NIR-II荧光/ PA信号并诱导PTT和PDT的D-A-D支架，以及具有高发射效率和出色的光稳定性的AIE结构TPE（图1）。
图1：ZSY-TPE的结构及生物医学应用
图2：a）ZSY-TPE的密度泛函理论（DFT）计算。b）ZSY-TPE在DCM中的吸收光谱和荧光发射光谱。c）ZSY-TPE在0％和90％水体积分数（fw）下的NIR-II荧光成像（808 nm，10 mW / cm2，1000 LP，20 ms）。d）不同fw下ZSY-TPE的FL强度比（I / I0）。e）ZSY-TPE在DCM中的PA光谱。f）在不同浓度时ZSY-TPE的PA强度。g）ZSY-TPE的DLS轮廓和TEM图像。比例尺：200μm。h）通过DLS分析确定的不同孵育时间后，PBS和FBS中ZSY-TPE点的平均直径。i）在808 nm激光下，以0.2 W / cm2的条件，将ZSY-TPE和ICG NPs溶液分别连续照射60分钟。以15分钟为间隔收集NIR-II荧光图像（808 nm，10 mW / cm2，1000 LP，20 ms）。
图3：a）不同浓度ZSY-TPE在808 nm激光照射5分钟（1 W / cm2）下的光热曲线。b）ZSY-TPE（5μM）+ DCFH（20μM）在808 nm激光照射（0.5 W / cm2）下持续5分钟的荧光光谱（λex= 488 nm）。c）ZSY-TPE与4T1细胞共孵育2 h的共定位图像（20μM）。比例尺：5μm。d）将ZSY-TPE（20μM）与4T1细胞孵育2 h后，用DCFH-DA（20μM）再处理30分钟，在激光辐射（0.5 W / cm2）照射下，测定4T1细胞的ROS生成。比例尺：25μm。e）在有无808 nm激光照射（1 W / cm2，5分钟）的情况下，ZSY-TPE孵育后，4T1细胞的MTT结果和金黄色葡萄球菌的存活率。g）金黄色葡萄球菌与ZSY-TPE（40μM）孵育0.5小时的荧光图像。比例尺：10μm。
ZSY-TPE的特征吸收峰和荧光发射峰分别在730 nm和1020 nm处，光声（PA）光谱在740 nm处显示出强信号。在体外测定PTT和PDT效应的实验中，光热效应与ZSY-TPE浓度呈正比（图3a）。通过ROS检测实验发现在808 nm激光照射下，ZSY-TPE可以产生ROS（图3b），而且具有PDT效应（图3d）。将ZSY-TPE与4T1细胞和金黄色葡萄球菌共孵育，可以影响4T1细胞和金黄色葡萄球菌的活性（图3e，3f）。
将ZSY-TPE注射到4T1细胞载瘤小鼠的肿瘤部位，可以同时检测到荧光信号和光声信号，并在注射后24 h信号值达到最大，信噪比最高为6.7和7..1（图4a，4b）。其NIR-II / PA双模成像特点可以提供有关肿瘤的详细信息，精确指导后续的联合光疗。
随后，作者探究了ZSY-TPE在小鼠肿瘤模型中产生PDT / PTT的潜力。两组4T1细胞载荷瘤小鼠分别静脉注射ZSY-TPE和PBS，并给予激光照射肿瘤区域。ZSY-TPE处理组中心区域的温度迅速升高，在照射5分钟内可以达到53.5℃，而在PBS治疗组中仅观察到轻微的温度升高（图4c，4d）。而且通过激光照射治疗16天后，ZSY-TPE组小鼠肿瘤大小明显小于PBS治疗组肿瘤，并在体重变化，存活率方面均优于对照组（图4e，4f，4g）。证明ZSY-TPE具有良好的光治疗潜力。
图4.：a）尾静脉注射ZSY-TPE（0.2 mM，150μL）后，4T1肿瘤小鼠模型的NIR-II荧光（808 nm，10 mW / cm2、1000 LP和100 ms）和PA图像。黑色虚线圆圈（在NIR-II荧光图像中，上方）和白色虚线圆圈（在PA图像中，下方）表示肿瘤部位。b）归一化荧光强度和信噪比（SBR）（n = 4）。c）注射ZSY-TPE（0.2 mM，150μL）或PBS（0.01 M，150μL）后，808 nm激光（1 W / cm2）照射下的红外图像。d）图4c中肿瘤温度与激光照射时间的变化关系图。e）不同治疗组动物模型中肿瘤生长变化。（f）不同治疗组治疗后小鼠的相对体重曲线（n = 3）。g）经过不同处理的4T1荷瘤小鼠的存活率（n = 3）。h）不同处理的小鼠肿瘤切片的H＆E和TUNEL染色。
接下来，作者将2 × 107 CFU的金黄色葡萄球菌注射到小鼠皮肤表面，造皮下感染模型，探究ZSY-TPE 对细菌感染的抑制作用（图5a）。作者发现，在NIR-II荧光图像中，经静脉注射的ZSY-TPE很快到达感染区域并有强烈信号（图5b，5c）。经过5天的808 nm激光照射治疗后，ZSY-TPE组小鼠感染伤口逐渐愈合，与对照组形成显著对比（图5f）。
图5：a）尾静脉注射ZSY-TPE（0.2 mM，150μL）后，金黄色葡萄球菌感染小鼠的NIR-II荧光成像（808 nm，10 mW / cm2、1000 LP和50 ms）。黄色虚线圆圈表示腹部皮下感染区域。b）归一化后的荧光强度图。d）注射ZSY-TPE 48小时后，小鼠的感染皮肤和正常皮肤的离体明场和荧光图像。e）不同处理后金黄色葡萄球菌感染伤口的照片，比例尺：10 mm。f）不同处理后相对伤口面积随时间的变化（在第1、3和5天）（n = 3）。
结论：我们开发了一个多功能的光热学平台，该平台展示了双模NIR-II荧光/ PA成像引导下的PDT / PTT对癌症和病原体的抑制特性。在单激光照射下，ZSY-TPE在治疗癌症和细菌感染小鼠模型中显示出良好的光稳定性和协同活性。此外，我们考虑到有关细菌与人类癌细胞之间紧密关系的最新报道，或许我们的探索不仅可以为深层器官细菌感染成像提供解决办法，还可以使用我们的平台治疗这些细菌感染。
参考文献
Xu Y, Zhang Y, Li J, et al. NIR-II emissive multifunctional AIEgen with single laser-activated synergistic photodynamic/photothermal therapy of cancers and pathogens. Biomaterials. 2020 Nov;259:120315. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120315. Epub 2020 Aug 15. PMID: 32836057.
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