Volume 3 Issue 4 will be published on Jul 12, 2022.   A Cell Press partner journal
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肿瘤光学诊疗一体化

光诊疗结合了诊断成像光学治疗,在肿瘤早期检测和精准治疗中具有广阔应用前景。NIR-II小分子荧光团由于生物相容性好、结构可控、成像质量高且具有良好的光毒性,在肿瘤诊疗中表现出巨大的临床应用潜力。本文系统总结了近年来NIR-II小分子荧光团的设计策略及其在肿瘤光诊疗中的发展历程;讨论了未来的发展方向和挑战


构建理想的NIR-II有机小分子荧光团用于高性能光诊疗,应考虑其稳定性荧光发射波长亮度光热转换效率活性氧(ROS)产生效率等几个重要因素。目前,已报道的NIR-II有机小分子荧光团,主要包括基于苯并双噻二唑(BBT)、硒二唑并苯并噻二唑(BSBT)、花菁类(Cyanine)、氟硼二吡咯(BODIPY)/氮杂氟硼二吡咯(aza-BODIPY)、吡咯并吡咯二酮(DPP)和方酸(Squaraine)等的NIR-II有机小分子荧光团(图1)。


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图1 常见NIR-II有机小分子荧光团的类别及应用


2016年报道了首个具有供体-受体-供体(D-A-D)结构的NIR-II有机小分子荧光团CH1055 (图2A),其在小鼠脑血管成像应用中显示出比临床批准的染料吲哚菁绿(ICG)更高的分辨率和信噪比(图2B),与抗体EGFR偶联后,CH1055-EGFR可用于肿瘤主动靶向成像(图2C,2D)。CH1055的出现,为后续NIR-II荧光团的设计和构建提供了良好平台,开启了对NIR-II荧光成像研究的新纪元。


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图2 NIR-II荧光团分子结构与其生物成像

(A)CH1055-PEG的合成。(B)ICG在NIR-I区域和CH1055-PEG在NIR-II区域的脑血管成像对比。(C)CH1055-EGFR的合成示意图。(D)CH1055-EGFR的肿瘤靶向成像。(E)IR-E1的颅脑外伤成像。(F)IR-FGP与蛋白质通过点击反应结合的示意图。(G)使用IR-FGP通过NIR-I / NIR-II共聚焦显微镜获得的核,神经元和血管通道的三色3D渲染。


目前,大多数具有被动或主动肿瘤靶向行为的NIR-II荧光团属于“always-on”类型,这种类型的荧光团,无论是在病变组织还是正常组织中,只要被激发就会产生荧光信号,这就会导致成像信噪比低,甚至出现假阳性现象,对疾病诊断和治疗是一个严重的问题。近年来报道的一些“turn-on”型NIR-II小分子荧光团极大地提高了成像信噪比和特异性,实现了癌症的精准诊断(图3A)。


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图3 NIR-II荧光团多模态生物成像

(A)肿瘤特异性成像纳米颗粒(HISSNPs)的合成及其NIR-II荧光激活过程。(B)QT-RGD纳米颗粒用于NIR-II荧光成像/光声成像/单光子发射计算机断层成像引导的肿瘤光热治疗。


传统的肿瘤治疗方式(外科手术、放射治疗和化学治疗)对人体具有一定的副作用且与诊断脱节,在一定程度上限制了治疗效率。为了实现高效、精准和无创的肿瘤治疗,研究者开发了具有“诊疗一体化”功能的NIR-II小分子荧光团,用于成像引导的光治疗。特别是多模态诊疗一体化NIR-II小分子荧光团的出现,进一步提高了肿瘤治疗的精确性和疗效(图3B,图4)。


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图4 NIR-II荧光团的多模态诊疗

(A) DPP-BDT纳米颗粒用于NIR-II荧光成像/光声成像引导的肿瘤光动力/光热协同治疗。(B) P(DPP-BT/DOX)纳米颗粒用于NIR-II荧光成像/光声成像引导的肿瘤光动力/光热/化学协同治疗。(C)SQ1纳米探针用于NIR-II荧光成像/光声成像引导的肿瘤光热治疗。



总结和展望


本文总结了近年来NIR-II有机小分子荧光团在肿瘤光诊疗中的研究进展,归纳了其设计策略;根据吸电子受体进行了分类,纵向比较了其光诊疗特性;最后,讨论了其未来的发展方向及面临的挑战。


原文链接:https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00007-2




作者简介


董晓臣,二级教授,博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者,主要从事生物光电子、柔性电子材料与器件研究。近年来,以通讯作者和第一作者身份先后在Advanced Materials,Physical Review Letters,ACS Nano,Chemical Society Reviews,Angewandte Chemie International Edition等国际期刊发表SCI论文250多篇,他引17000多次;出版专著1部——《生物光电子学》(科学出版社,2018),有机光敏剂肝癌多模态诊疗进入临床前实验。研究成果先后荣获教育部科技进步二等奖1项(2018年),江苏省科学技术一、二等奖(2016年,2018年)各1项;2018、2019年全球高被引科学家。

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