南开大学熊虎课题组 Small: 用于PDT和PTT协同治疗的新型NIR-II半花菁光敏剂

癌症光疗，主要包括光动力疗法（ PDT ）和光热疗法（ PTT ），因具有非侵袭性、高选择性和低耐药性等优点，已成为原位肿瘤消融的有效治疗方法。半花菁类材料具有大的消光系数、可调的吸收和发射波长、较好的光热转换效率和生物相容性，被广泛应用于生物成像和医学诊断。然而，极低的 ¹ O ₂ 量子产率限制了它们在协同 PDT/PTT 中的进一步应用，半花菁光敏剂的开发一般依赖于重原子的引入促进系间窜越（ ISC ），但重原子的引入会导致分子暗毒性增加、三重态寿命缩短，因此，设计无重原子的半花菁光敏剂不仅有利于促进其临床应用，而且对进一步丰富半花菁种类也具有重要意义。

近日 ，南开大学化学学院熊虎研究员 课题组设计了一种新型的无重原子半花菁光敏剂（ BHcy ），其具有更平面的结构和更大的 π 共轭体系，基于 BHcy 的纳米粒子表现出高效的 ¹ O ₂ 产生效率（ 12.9% ）和光热转换效率（ 55.1% ），在 808 nm 激光照射下成功实现了 NIR-II 荧光成像引导的 PDT 和 PTT 协同治疗效果。相关成果以标题 “Three Birds with One Stone: Acceptor Engineering of Hemicyanine Dye with NIR-II Emission for Synergistic Photodynamic and Photothermal Anticancer Therapy” 发表在期刊 《 Small 》 上。

图 1. （ a ）先前报道的用于 NIR-I 荧光成像的无 PTT 和 PDT 效果的半花菁染料 Hcy 。（ b ）无重原子半花菁 BHcy 用于 NIR-II 荧光成像引导的 PDT/PTT 癌症治疗。

文章要点：

1.      与 Hcy 相比，新型半花菁 BHcy 具有更长的荧光发射波长，尾峰可达到近红外二区，同时具有更为优异的光热转换效率和 ¹ O ₂ 产生能力。

2. 利用 Gaussian 和 ORCA 对分子进行了理论计算。 Hcy 表现出高度扭曲的构象，供体和受体之间的扭转角度为 44° ，而 BHcy 的分子骨架扭转角度只有 12° ， BHcy 的平面结构增强了分子间的 π-π 相互作用，从而产生了更好的光热效果。为了进一步研究在 ROS 产生过程中起关键作用的 ISC 过程，计算了分子的 ΔE _S-T 和 SOC 值。 ΔE _S-T 越小， SOC 越大， ¹ O ₂ 生产效率越高。 Hcy 显示出 1.35 eV 的大 ΔE _S1-T1 和 0.13 cm ⁻¹ 的小 SOC 值，不利于其 PDT 效果。而 BHcy 的 ΔE _S1-T2 仅有 0.05 eV ， SOC 值为 0.35cm ⁻¹ ，这可以显著加速 ISC 过程并促进 ¹ O ₂ 的产生。

3. 将 BHcy 包封为纳米粒子， BHcy -NPs 表现出高效的 ¹ O ₂ 产生效率（ 12.9% ）和光热转换效率（ 55.1% ）。

4. BHcy -NPs 表现出较低的暗毒性和剂量依赖的光毒性，在细胞当中可以高效产生单线态氧并表现出协同治疗效果。

5. 在 808 nm 激光照射下， BHcy -NPs 可以使肿瘤完全消融，在体内表现出优异的抗癌效果。

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202204851

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