小動物活體成像系統

方案1. 小鼠光熱治療方案：按路線合成P2-DPP水溶性分子。對其近紅外II成像、光熱成像和光聲成像進行了表征。

圖1. 水溶性納米顆粒的表征

組裝熒光材料核心結構的關鍵步驟是鈴木交叉偶聯反應。將PEG-2000添加到分子結構中，以改善其低水溶性并使其均勻地散布在水中。溶液呈現負電荷，可有效延長納米顆粒的血液循環時間，實現腫瘤部位的藥物富集（圖1a）。測得P2-DPP在60 d內的平均水化粒徑無顯著變化，表明熒光分子具有長期良好的結構穩定性。（圖 1b）。根據透射電子顯微鏡（TEM）圖像，P2-DPP NPS具有完整的形態結構和均勻穩定的粒徑（圖1c）。

P2-DPP具有良好的水溶性、較大的斯托克位移和熒光發射峰（λABS = 600 nm，λEM= 1020 nm）到達近紅外區域（圖2a）。以IR-26（QY = 0.5%）為參考標準，確定P2-DPP在水中的熒光量子產率為0.6%，平均熒光壽命為2μs。激光照射6000 s后，歸一化熒光強度保持穩定，表明熒光分子具有優異的熒光穩定性（圖2c）

圖2. P2-DPP熒光染料的光學表征

本研究使用 808 nm 激光進行后續光熱治療。PCE和光熱穩定性是評價光熱效應的基本參數。如圖3a所示，P2-DPP NPS的PCE（η）遠高于臨床實踐中使用的吲哚菁綠（ICG）（≈3.1%），達到58.03%。此外，在光熱穩定性測試中，我們發現P2-DPP NPS在808 nm激光器下加熱和冷卻循環過程中沒有明顯的熱分解現象，充分證明了NPS優異的光熱穩定性（圖3b）。通過使用紅外熱像儀，可以觀察到P2-DPP在用808nm激光照射約2分鐘后接近48°C，達到致死細胞溫度（圖3c）。

圖3. 納米顆粒的生物相容性

為評估了P2-DPP材料PAI成像能力，對荷瘤小鼠進行36小時監測（該材料的理想體外成像濃度為 100 μg/mL-1）。在大約1小時時，觀察到相當大的信號，表明EPR效應開始富集腫瘤位置的納米材料。隨著時間的流逝，PA信號的強度越來越強（圖4）。

圖4. 光聲成像測試

圖5. P2-DPP的體外和體內成像

對于濃度為 300 μg/mL-1 P2-DPP溶液，當雞肉組織覆蓋厚度達到10mm時，仍舊可以看到微弱的熒光信號（圖5a）。實驗表明，P2-DPP具有良好的穿透深度，可進一步應用于體內成像。將P2-DPP水溶液注射到小鼠尾靜脈中，監測48 h內熒光分子在體內的分布情況。從圖5b可以看出，在注射后5 min內，在小鼠血管中可以觀察到強烈的熒光強度，表明該分子具有體內成像性能。隨著身體的循環，肝臟的熒光穩步增加，而血管的熒光逐漸減少。P2-DPP富集于肝臟、脾臟和腫瘤部位，并表現出良好的熒光強度。尾靜脈注射24 h后，對小鼠進行人道處理，解剖其主要器官，包括心臟、肝臟、脾臟、腎臟、肺、腫瘤組織等組織進行熒光成像（圖5c，d）。腫瘤部位的熒光強度證明了藥物可以在這里富集（圖5e，f）。

圖6. 小鼠的光熱治療圖

基于P2-DPP良好的光熱成像效果和1000 nm以上的發射波長，在808 nm處具有良好的光熱轉換。對照組在808 nm激光照射下的溫度恒定在37°C左右，未達到殺傷腫瘤細胞的溫度。實驗組2分鐘后溫度可升至48°C，足以殺死腫瘤細胞。由于在荷瘤小鼠實驗前尾靜脈注射后觀察到腫瘤部位P2-DPP的明顯聚集，這可能是由EPR效應引起的，因此可以進一步探索和應用該材料的光熱性能（圖6）。

根據光熱過程圖（圖7a），重復光熱治療1周，每天觀察腫瘤治療。治療 2 周后停止光熱療法。PBS組腫瘤體積穩步增加，光熱治療對腫瘤無抑制作用。2天后，觀察到光熱療法對實驗組小鼠有顯著影響。4 d后，實驗組腫瘤體積呈下降趨勢，表明光熱處理P2-DPP對腫瘤生長有顯著的抑制作用。如圖7b所示，可以觀察到，經過2周的治療，P2-DPP NPS和808 nm激光照射有效治療了腫瘤，在原腫瘤部位留下了黑色疤痕。在1周的觀察期內，腫瘤沒有復發，證明腫瘤已經治療。相比之下，其他3個對照組的腫瘤體積呈現連續生長趨勢（圖7c，d），各組體重在2周內無明顯變化（圖7e），說明P2-DPP對小鼠日常飲食沒有明顯影響，再次證明P2-DPP具有良好的生物相容性和可忽略不計的生物毒性。

圖7. 荷瘤小鼠的體內治療

本文創造了一種全新的P2-DPP D-A-D光敏劑，具有良好的水溶性和強大的近紅外發射。所生產的P2-DPP水溶液具有良好的光穩定性和生物穩定性，使其適用于其他生物應用。然后進行了幾項體內和體外研究，以衡量P2-DPP的抗腫瘤有效性。根據研究結果，P2-DPP在暴露于808 nm激光和穩健的長期腫瘤成像時顯示出有效的光熱治療。本研究表明，P2-DPP在近紅外成像引導的PTT中具有潛力。為了創造性能更好、量子產率更高的熒光化合物，未來的研究將集中在尋找長波長發射（>1000 nm）和增加的光感應之間的理想平衡。

參考文獻

Cao M, Wang C, Wang F, et al. Synthesis on NIR‐II Multifunctional Imaging and Photothermal Therapy of a Novel Water‐Soluble Molecule[J]. Advanced Healthcare Materials, 2024: 2304564.