【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)閆立峰教授團(tuán)隊(duì)在腫瘤超亮成像引導(dǎo)的光熱治療方面取得重要進(jìn)展。光療,尤其是光動(dòng)力療法(PDT)和光熱療法(PTT)已成腫瘤的前沿治療手段。結(jié)合熒光成像和導(dǎo)航手術(shù)技術(shù)，對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)診療具有重要價(jià)值。但常規(guī)的染料熒光發(fā)射波長(zhǎng)短，組織自吸收和背景熒光嚴(yán)重，限制了其組織穿透深度和成像分辨率。近紅外二區(qū)(NIR-II)熒光具有優(yōu)異的組織穿透性，同時(shí)光吸收和散射極低，成為光療中光敏劑的理想工作波段。然而，大多數(shù)已報(bào)道的NIR-II熒光探針通常表現(xiàn)出較低的量子產(chǎn)率。因此，開(kāi)發(fā)高亮度新型NIR-II熒光分子仍然是亟待解決的問(wèn)題。與傳統(tǒng)光敏劑染料不同，穩(wěn)定有機(jī)自由基的開(kāi)殼分子特性使其具有獨(dú)特的電子構(gòu)型和窄帶隙特性，展現(xiàn)出更優(yōu)越的光物理性能。在激光激發(fā)下，自由基可經(jīng)歷D0→D1態(tài)躍遷，打破單重態(tài)與三重態(tài)之間的系間穿越勢(shì)壘，從而有望顯著提高熒光量子產(chǎn)率。
 

　　在該研究中，研究人員通過(guò)將久洛尼定基團(tuán)引入到雙氰甲基功能化的吩惡嗪骨架中，開(kāi)發(fā)了一種新型穩(wěn)定有機(jī)自由基染料CNPJ。首先通過(guò)核獨(dú)立化學(xué)位移計(jì)算證實(shí)了CNPJ的穩(wěn)定性和自由基性質(zhì)。結(jié)構(gòu)分析揭示了兩個(gè)由有效的自旋離域和分子間電荷轉(zhuǎn)移引起的臨界現(xiàn)象：i )極性觸發(fā)的自由基中心重新分布和ii )熱調(diào)節(jié)的單體- π二聚體平衡。這些顯著的特征賦予了增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛性和優(yōu)異的絕對(duì)光致發(fā)光量子產(chǎn)率( 2.57 %)，遠(yuǎn)高于常規(guī)報(bào)道的NIR-II染料?；谶@些特性，進(jìn)一步聯(lián)合pifithrin - μ ( PES )抑制劑介導(dǎo)，將CNPJ與pH響應(yīng)的兩親性聚合物PEA結(jié)合，構(gòu)建了一個(gè)診療一體化平臺(tái)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超高亮度熒光成像引導(dǎo)的溫和光熱腫瘤治療，取得了良好的治療效果。相關(guān)研究成果以“Central Dynamic Conversion of Dicyanomethyl Radicals via Inter. .molecular Charge Transfer for Ultrabright NIR-II Fluorescence Imaging-Guided Mild Photothermal Therapy ”為題發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》雜志(Angew. Chem. Int. Ed. 2025,e202509609)。
 

　　在不同極性溶劑中，CNPJ分別呈現(xiàn)出C自由基和N自由基信號(hào)，表明其具有極性微環(huán)境誘導(dǎo)的分子間電荷轉(zhuǎn)移特性。該自由基信號(hào)強(qiáng)度隨溫度的變化也驗(yàn)證了其溫度依賴性的可逆聚合-解離行為。變溫紫外吸收光譜中隨溫度變化而出現(xiàn)的長(zhǎng)波長(zhǎng)新吸收峰，證明了CNPJ在聚合過(guò)程中優(yōu)先發(fā)生π-二聚化而非σ-二聚化。Van't Hoff曲線擬合得到的熱力學(xué)參數(shù)也證實(shí)了這一點(diǎn)?；谶@些機(jī)制，結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng)的CNPJ分子表現(xiàn)出高的絕對(duì)熒光量子產(chǎn)率。
 

圖1.CNPJ及其納米粒子的自由基性能表征
 

　　研究者測(cè)試了納米粒子的光熱穩(wěn)定性，并計(jì)算出其光熱轉(zhuǎn)換效率(PCE)為49.33%。隨后，利用脂肪乳試劑模擬生物組織進(jìn)行了熒光穿透深度測(cè)試。如圖2所示，在808 nm激光輻照下觀測(cè)到的顯著溫升，以及在深度達(dá)10 mm時(shí)依然清晰的熒光邊界，共同表明CNPJ納米粒子能夠?qū)崿F(xiàn)深層組織的高穿透熒光成像引導(dǎo)光熱效應(yīng)。
 

圖2.納米粒子光熱性能及穿透深度表征
 

　　隨后基于前期體外光物理特性研究，系統(tǒng)評(píng)估了納米顆粒的體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)特征及腫瘤靶向效能。經(jīng)尾靜脈注射給藥(5 mg/kg)后，模型動(dòng)物在6小時(shí)內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)清晰的腫瘤邊緣顯影。定量熒光追蹤顯示納米顆粒在腫瘤區(qū)域呈漸進(jìn)性蓄積，并于24小時(shí)達(dá)峰值，較6小時(shí)時(shí)增強(qiáng)2.4倍。隨后，研究者按照?qǐng)D3所示方案將該納米顆粒注射至荷瘤小鼠體內(nèi)進(jìn)行光熱治療研究。利用紅外熱像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，確保在整個(gè)輻照過(guò)程中腫瘤部位溫度始終低于48°C閾值。在808 nm激光照射約3分鐘后，可以清晰觀察到腫瘤的光熱成像，隨即調(diào)節(jié)光功率密度以將腫瘤溫度維持在48°C以下，完成m-PTT。治療后對(duì)腫瘤體積和小鼠全身狀態(tài)的監(jiān)測(cè)持續(xù)了14天，所有實(shí)驗(yàn)組小鼠均未見(jiàn)明顯異常。
 

圖3.體內(nèi)溫和光熱治療
 

　　該項(xiàng)研究受到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院等項(xiàng)目資助。閆立峰教授為該論文的通訊作者，博士生續(xù)藝漩為第一作者，附一院尹大龍教授團(tuán)隊(duì)共同參與該項(xiàng)研究。