▲共同第一作者：王其，戴叶能；通讯作者：沈清明，范曲立；
通讯单位：南京邮电大学；
论文DOI：10.1002/adfm.201901480
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首先设计合成了新型有机小分子染料 DPP-BT，该有机小分子染料不仅可以作为近红外二区（NIR-II）荧光/光声（PA）双模态成像造影剂，同时还可以作为光热（PTT）/光动力（PDT）联合治疗试剂；其次利用有机相转变材料实现有机小分子染料 DPP-BT 及化疗药物 DOX 的负载制备得到具有热敏性质的 All-in-One 光学纳米诊疗粒子 P(DPP-BT/DOX) NPs。在单一波长激光照射下，P(DPP-BT/DOX) NPs 不仅具有优异的 NIR-II 荧光及 PA 成像能力，而且具有良好的 PTT 及 PDT 效果。更重要的是，有机小分子染料 DPP-BT 在激光照射下产生的过高热可以使得 P(DPP-BT/DOX) NPs 发生相变，进一步导致 DOX 释放从而实现化疗效果（Scheme 1）。
▲Scheme 1. Schematic Illustration of Single NIR Laser Triggered Phototheranostics for NIR-II Fluorescence/PA Dual-modal Imaging Guided Tumor Targeting Combination Therapy.
背景介绍
开发多功能光学诊疗平台用于肿瘤多模态成像引导的联合治疗是肿瘤治疗的一个重要策略。然而，目前的光学诊疗平台存在组分复杂、需要多种波长激光、诊断/治疗效果不理想等缺陷，因此急需设计开发单一波长激光触发的新型光学诊疗体系用于肿瘤的高效诊疗。在各种光学诊断手段中，相比于传统近红外一区（NIR-I，650~900 nm）荧光成像，近红外二区（NIR-II，1000~1700 nm）荧光成像具有更深的组织穿透深度和更高的空间分辨率等优点而受到人们广泛的关注。作为另一种新型光学成像技术，光声（PA）成像同时具有光学成像及超声成像的优点而被广泛用于肿瘤诊断研究。在光学治疗技术中，光热治疗（PTT）及光动力治疗（PDT）具有非侵入、安全等优点被用于肿瘤治疗中。
尽管目前光学诊疗技术得到了较大的提高，然而仅通过单一模态的光学成像或单一模态的光学治疗仍然很难达到高效地肿瘤诊疗，开发新型光学诊疗体系用于 NIR-II 荧光/PA 成像引导的肿瘤 PTT/PDT 联合治疗是十分迫切的。但目前为止设计合成同时具有 NIR-II 荧光、PA、PTT 及 PDT 功能的有机小分子仍然是一个巨大的挑战。此外，作为一种传统的肿瘤治疗手段，化疗同样可以和 PTT 或 PDT 相结合达到长期、可靠的治疗效果。同时，有机相变材料作为一种热敏性材料可以用于化疗药物的可控释放。
研究出发点
基于以上研究现状，范曲立教授课题组设想是否能够设计合成同时具有 NIR-II 荧光、PA、PTT 及 PDT功能的有机小分子，进一步利用有机相转变材料的热敏性质，最终实现单一波长激光触发的 NIR-II 荧光/PA 双模态成像指导的肿瘤 PTT/PDT/化疗联合治疗。
结果与讨论
首先对有机小分子 DPP-BT 的光热及光动力性能进行研究。如图1 所示，在 730 nm 近红外激光照射下 DPP-BT NPs 展现出优越的光热及光动力效果。
▲Figure 1. Photothermal effect of DPP-BT NPs (a) at different concentrations under laser irradiation (730 nm, 1.0 W cm –2 ) and b) with varied laser power density ([DPP-BT NPs] = 80 μg mL –1 ). c) IR thermal images of DPP-BT NPs. d) Absorption at 414 nm of DPBF with DPP-BT NPs under 730 nm laser irradiation with different power density. e) 1 O 2 emission at about 1270 nm induced by DPP-BT NPs under 730 nm laser irradiation. f) Intracellular ROS generation of Hela cells treated with different groups (control, laser only, NPs only, and NPs + laser). Scale bars: 30 μm.
其次对最终 All-in-One 光学纳米诊疗粒子 P(DPP-BT/DOX) NPs 进行研究（图2）。其粒径大约为 100 nm，具有良好的 NIR-I 吸收及 NIR-II 荧光发射性质。更重要的是在在 730 nm 近红外激光照射下有机小分子染料 DPP-BT 在激光照射下产生的过高热可以使得 P(DPP-BT/DOX) NPs 发生相变，从而释放 DOX。
▲Figure 2. a) DLS data and TEM result (inset) of P(DPP-BT/DOX) NPs. b) UV–vis–NIR spectra of free DOX, P(DPP-BT) NPs, and P(DPP-BT/DOX) NPs, and fluorescence spectrum of P(DPP-BT/DOX) NPs. c) Stability of the P(DPP-BT/DOX) NPs in different mediums. d) NIR-triggered DOX and DPP-BT release curves from P(DPP-BT/DOX) NPs. e) Time-course intracellular DOX release upon irradiation with 730 nm laser (0.5 W cm –2 ). Scale bars: 20 μm. f) Fluorescence spectra of DPP-BT release from P(DPP-BT/DOX) NPs upon irradiation with 730 nm laser (0.5 W cm –2 ).
随后，我们分别探究了 P(DPP-BT/DOX) NPs 在水溶液和细胞中的 NIR-II 荧光和 PA 性质(图3)。将其通过尾静脉注射荷载 Hela 细胞的裸鼠体内，在 24 h 肿瘤位置展现明显的 NIR-II 荧光和 PA 信号(图4)，结果证明该纳米粒子具有良好的 NIR-II 荧光和 PA 成像能力。
▲Figure 3. a) Fluorescence mapping of P(DPP-BT/DOX) NPs at different concentrations. b) NIR-II fluorescence imaging of Hela cells incubated with P(DPP-BT/DOX) NPs at different concentrations. c) PA mapping of P(DPP-BT/DOX) NPs at different concentrations. d) PA imaging of Hela cells incubated with P(DPP-BT/DOX) NPs at different concentrations.
▲Figure 4. a) NIR-II fluorescence imaging and b) signal intensity changes of Hela-tumor-bearing mice after P(DPP-BT/DOX) NPs injection. c) PA imaging and d) signal intensity changes of Hela-tumor-bearing mice after P(DPP-BT/DOX) NPs injection.
最后，我们将 P(DPP-BT/DOX) NPs 通过尾静脉注射进入种有 Hela 肿瘤的小鼠体内，通过光照检测材料对 Hela 肿瘤的抑制作用。如图5，活体实验数据表明 P(DPP-BT/DOX) NPs 在 730 nm 光激发条件下能够实现对 Hela 肿瘤的有效抑制。总之，我们构筑的 All-in-One 光学纳米诊疗体系可用于单一激光触发的 NIR-II 荧光/PA成像引导的 PTT/PDT/化疗联合治疗，具有良好的应用前景。
▲Figure 5. In vivo combination therapy. a) IR thermal images of Hela-tumor-bearing mice under 730 nm laser irradiation after PBS, P(DPP-BT) NPs or P(DPP-BT/DOX) NPs injection. b) Tumor growth profiles of different groups of mice (* p < 0.05; ** p < 0.01). c) Tumor images of different groups of mice after 14 days therapy. d) Body weight curves of different groups of mice.
总结与展望
本课题组设计 合成 一种同时具有 NIR-II 荧光、 PA 、 PTT 及 PDT 功能的新型有机小分子 。 利用 有机 相转变材料实现有机小分子染料 DPP-BT 及化疗药物 DOX 的负载制备得到具有 热敏性质的 光学纳米诊疗平台。在单一波长激光照射下，该纳米诊疗平台可 用于 NIR-II 荧光 /PA 双模态成像指导的肿瘤 PTT/PDT/ 化疗联合治疗 。该智能响应性多功能诊疗体系的设计、开发为癌症诊疗领域研究提供了有效的理论依据。
范曲立教授简介
范曲立，南京邮电大学教授， 2003 年于新加坡国立大学获得博士学位， 2003 年至 2006 年在复旦大学工作， 2006 年 8 月起就职于南京邮电大学。
范曲立教授的研究方向是面向纳米生物医学领域有机半导体材料的制备与临床前的应用研究，近五年来以第一或通讯作者在 Nature Communications 、 Journal of the American Chemical Society 、 Advanced Materials 、 ACS Nano 、 Advanced Functional Materials 、 Biomaterials 等国际期刊发表 SCI 论文 70 余 篇；承担和参与国家 、省部级各类项目 10 余项， 12 年获国家优秀青年科学基金， 13 年获国家自然科学二等奖（排名第四）， 14 年入选国家 “ 百千万人才工程 ” ， 19 年入选国家 “ 万人计划 ” 中青年科技创新领军人才。
范曲立：
http://iam.njupt.edu.cn/2015/0909/c6396a74875/page.htm
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201901480
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