以光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）为代表的光疗法由于其高选择性，无创性和良好的疗效，为癌症治疗带来了广阔前景。其中PDT使用光敏剂产生活性氧（ROS），PTT使用光热剂产生热量，得以在光激发时杀死癌细胞。目前，由于在位于近红外（NIR）吸收窗口中，光热剂的光热转换效率（PCE）良好，使得单模态PTT的具有良好的临床应用前景。对于PDT，尽管FDA已经批准了一些PDT光敏剂（如亚甲基蓝，Ce6），但是这些光敏剂的吸收峰通常小于700 nm，激发光被限制在可见光区域，限制了PDT的临床应用。日前，香港城市大学的Shengliang Li教授，Chun-Sing Lee教授；北京理工大学Jinfeng Zhang教授和台湾大学的Ken-Tsung Wong教授合作，设计了一种稳定的有机光敏剂纳米颗粒（BT NPs），通过分子设计，BT-3 NPs的吸收峰可以调至长波长区域（＞800 nm），在NIR激光照射下，ROS的产量高达常用NIR光敏剂吲哚菁绿（ICG）的10倍，通过体外和体内实验证明，BT3 NPs表现出出色的多模式光疗性能，并且在体内NIR照射下可以进行精确光声成像。相关工作以“Stable Organic Photosensitizer Nanoparticles with Absorption Peak beyond 800 Nanometers and High Reactive Oxygen Species Yield for MultimodalityPhototheranostics.”发表在《ACS NANO》上。
BT化合物的设计，合成和表征研究人员首先设计并合成了基于苯并[c]噻吩的衍生物（BT）。BT的醌型特征对于沿噻吩连接的分子骨架诱导强烈的π共轭非常有利。此外，将供体（D）和受体（A）引入BT形成D−π(BT)−A型分子，其具有很强的分子内电荷转移（ICT）特性，从而减小光能隙。研究人员通过将不同电子特征D和π桥的连接到一个公共的A（二氰基亚乙烯基）上，得到三个分子BT1，BT2和BT3。其中BT3的最大吸收峰在802 nm，使用808 nm激光照射，BT3的生成的1O2比ICG分子高1.5倍。
（A）BT1，BT2和BT3分子的分子结构，构型，HOMO，LUMO，消光系数和吸收光谱。（B）BT光敏剂的光活化单线态氧生成和使用DPBF的1O2检测机理。（C）DPBF在ICG和BT3分子下的衰减速率。BT纳米粒子的制备和表征通过将BT分子与DSPE-mPEG2000自组装来制备BT NPs。BT3 NPs的ROS生成能力为ICG的10倍。同时，在808 nm激光照射下，仅20 μg mL-1的低浓度BT3 NPs即可在300秒内达到43 ℃的致死温度。由于良好的光热效应，研究人员还在808 nm的激光照射下探索了BT3 NPs的光声（PA）特性，发现BT3 NPs的PA强度随浓度线性增加，可用于定量光声成像。
（A）通过自组装方法制备BT NP示意图。（B）TEM表征BT3 NPs的形态。（C）DLS表征BT3 NPs的尺寸分布。（D）溶于THF的BT3分子和BT3 NPs水溶液的UV−vis−NIR吸收光谱。（E）808 nm激光照射下，BT3 NPs水溶液对DCFH的时间依赖性荧光强度变化。（F）ICG和BT3 NP水溶液的荧光上升速率比较。（G）ESR光谱。（H）BT3 NPs在5分钟的激光照射后的红外热像图。（I）BT3 NP和ICG的光稳定性比较。（J）不同BT3 NPs浓度在808 nm的光声强度。体外 ROS生成和BT3 NPs的细胞毒性BT3 NPs可在808 nm照射下可以有效触发细胞内ROS产生。使用 MTT和细胞死活染色发现BT3 NPs对A549癌细胞表现出轻微的暗细胞毒性，由于其具有良好的活性氧（ROS）生成和光热作用，在1分钟808 nm激光照射后，BT3 NPs可以显着抑制癌细胞的生长，证明了BT3 NPs的高光疗性能和生物相容性。
（A）A549癌细胞中ROS生成的共聚焦成像。（B）A549癌细胞的活性。（C）A549细胞死活染色。BT3 NPs的体内光声成像，抗肿瘤作用和生物安全性最后，研究人员在携带A549肿瘤的裸鼠上探索NPs的多模态治疗作用。证明BT3 NsP是一种高效安全的PDT试剂，并且具有PTT和光声成像性能，可用于808 nm激光照射进行体内肿瘤治疗。
（A）体内PA成像和（B）肿瘤PA信号。（C）小鼠主要器官的离体PA强度。（D）小鼠体重。（E）小鼠光热升温和（F）相应的红外热图。（G）肿瘤照片。（H）对A549肿瘤的生长抑制和（I）肿瘤H＆E染色。（J）（K）治疗后小鼠血液分析。总结研究人员通过分子设计，合成基于苯并[c]噻吩的衍生物并调控其光物理性质，从而将吸收峰延长至近红外区域（＞800 nm）。通过自组装制备的BT3 NPs在843 nm处具有最大吸收，ROS产量是常见近红外光敏剂ICG的10倍，并且BT3 NPs具有出色的光热效应和光声成像能力。在精确的光声成像指导下，BT3 NPs 在体外和体外均显示出良好的抗癌作用，这种多模态光热疗系统为开发高性能近红外光疗剂和突破光热疗的局限性提供了新的思路。
名称：材料科学前沿
ID：MaterialFrontiers
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两岸三地合作《ACS NANO》：突破光动力治疗应用瓶颈！新型光敏剂纳米颗粒可被近红外光活化且ROS产量为吲哚菁绿10倍！
