线粒体靶向NIR-II染料用于肿瘤成像引导的PDT/PTT
本文要点：作者构建了一种简单但有用的d-a型线粒体靶向近红外二区荧光团（mtf）。这种线粒体靶向染料mtf不仅表现光热效应，而且具有光动治疗效果。被dspe-mpeg包裹成纳米粒后，实现高肿瘤特异性靶向，可以用于nir-ⅱ荧光引导的光动力学治疗（photodynamic therapy pdt）和光热力学治疗（photothermal therapy ptt）。
各种各样的nir-ⅱ染料几乎都是基于d-a-d型的对称荧光团或多次甲基荧光团。作者希望探索具有优异性能的独te小分子nir-ⅱ探针，成为癌症治疗临床应用的候选对象。光动力治疗和光热治疗是广泛应用于癌症治疗的新型疗法。pdt中，光敏剂（ps）在光照条件下产生氧自由基从而杀死肿瘤细胞。尽管pdt因其时空控制、无入侵性和良好的选择性而被视为治疗许多恶性肿瘤的有力工具，但是临床应用的卟啉、酞菁及其类似物等光敏剂通常处于可见及紫外区，阻止其在深部肿瘤治疗中的应用。ptt中，高光热转换效率的材料把光转换成热量从而杀死肿瘤细胞。然而热休克蛋白hsp会在ptt过程中产生，降低治疗效果。因此开发一种新的nir-ⅱ探针，实现更深的穿透深度成像、更高分辨率并将pdt和ptt结合起来可获得更好的治疗效果。
mtf在没有任何配基修饰下实现了线粒体靶向能力，在nir-ⅱ（~1015nm）表现出优异的荧光发射能力。为进一步提高体内的适用性，使用dspe-peg2000通过纳米沉淀法封装mtf，得到mtf纳米点。研究了mtf和mtf纳米点的光学性能、光动力学、光热力学性能以及抗肿瘤能力。它们表现出较好的nir-ⅱ肿瘤靶向性和深层组织穿透性，能够实现实时nir-ⅱ荧光成像。
结论
图1
图1a表示mtf探针的合成路线，反应物1通过迈克尔加成得到2。经过硫代乙酸和san氟化硼醚处理，反应物2转化成为关键中间体硫代吡啶鎓3。再通过knoevenagel缩合，与4形成mtf。maldi-tof等表征手段证明了mtf的成功制备。如图1b作者测量了dcm为溶剂的mtf光学性质。mtf具有中心714 nm的强近红外吸收，有三个发射峰：一个在近红外一区（420 nm激发），另外两个在近红外二区（808 nm激发）。如图1c，在dcm溶剂中，nir-ⅱ的两个发射带分别位于~918 nm、~1015 nm。这可能因为溶剂吸收以及扭曲的分子内电荷转移效应（tict）。在不同厚度的鸡胸组织上进行mtf辅助nir-ⅱ荧光成像的穿深能力测试。nir-ⅱ荧光强度与鸡胸厚度成反比。当厚度达到8 mm时，仍然可见微弱的mtf nir-ⅱ荧光信号。表明设计的mtf可以用于nir-ⅱ成像引导的光治疗。
图2
作者随后研究了mtf暴露在808nm激光（1w·cm¯²）下的光动力学表现。首先用1,3-二苯基异苯并呋喃（dpbf）作为检测探针来评估活性氧ros的产生。通过检测dpbf在415nm的吸光度下降来记录mtf的ros产生能力。如图2b，在808nm光激发下，在mtf存在下，观察到dpbf吸光度明显下降，对照组（dpbf+激光）的dpbf吸光度降低可以忽略不计（图2a），这说明mtf优异的ros产生能力，并使用icg作为参考，功率密度1w·cm¯²的808nm激光激发下，在dmf中测量mtf的ros产生效率为0.34。此外，使用2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（dcfh-da）在小鼠癌症4t1细胞中测量体外ros的产生。dcfh-da可被胞浆酯酶脱乙酰化为非荧光化合物，随后被ros氧化为2’,7’-二氯荧光素（dcf），从而发射绿色荧光信号。如图2d，用40 nm mtf、808 nm激光辐射（0.5w·cm¯²）处理细胞，清楚观察到细胞内ros信号。此外，作者还得mtf的光热效应进行了体外评价。如图2e、f，当暴露于808nm激光照射下，80 mm和100 mm mtf表现出显著的升温，但是纯水没有，这说明其具有很好地光热活性。之后，对其进行多次加热冷却循环，观察到坠高温度略有下降。之后，通过cck-8测定法测定体外细胞毒性，mtf在没有激光照射下对4t1细胞不表现出明显细胞毒性，但是如图2c所示，在808 nm激光（0.5w·cm¯²）激发下，细胞活力随着浓度增大而降低。特别的是，用40 nm mtf在808 nm激发下处理细胞，大约78%的细胞被破坏。40 mm mtf对4t1细胞表现轻微的毒性，这可能因为mtf的正电荷。此外，用钙黄绿素am/pi染色法测量活细胞，808 nm激光照射下，4t1细胞被染成明显的红色荧光，但是另外两组“pbs+激光”、“mtf”表现出明显的绿色荧光。这些结果说明了mtf对癌细胞优异的pdt、ptt活性。图2g通过mitotracker red在4t1细胞的共定位实验证明了mtf的线粒体靶向能力。
图3
作者随后研究了体内mtf的表现。如图3a，作者构建了mtf与dspe-peg2000的纳米点，从而提高生物相容性和可行性。如图3b，tem下观察到mtf点呈现均匀的球形，平均尺寸72±18nm；通过动态光散射（dls）确定流体动力学直径为89±14nm。mtf点的zeta势确定为0.8mv，说明胶束表面具有正表面电荷。如图3c，在去离子水测量mtf的光谱性质，吸收峰位于~785 nm，在nir-ii有两个发射峰，一个在~920 nm，一个~1040 nm（808 nm激发），与mtf相似。所以纳米封装不影响mtf的光物理性质。在808 nm激发下，使用ir-26（qy=0.5%）作为参比，水溶液中测量mtf点的nir-ⅱ量子产率为0.512%。之后研究了mtf点的光热、光动力学性能：808 nm照射下，含有mtf点的dpbf在415 nm处的吸光度显著降低，并且使用icg作为参比，计算出水溶液中ros产生速率约为0.026.此外在含有10% pbs的水溶液中和dmem介质中，mtf点的平均尺寸在15天内保持不变，说明mtf点的高稳定性。在808 nm激光照射下，与icg相比，mtf点在水中表现出优异的光稳定性。此外，mtf点表现出与mtf相同的光热活性。计算出来的光热转化效率为~0.39。用体外线粒体共定位实验说明了mtf点具有良好的线粒体靶向能力，这表明mtf点可以用于体内nir-ⅱ成像引导pdt、ptt。
图4
如图4a，在皮下4t1荷瘤balb/c小鼠评估体内mtf点的nir-ⅱ荧光成像。静脉注射200 mg后的6、12、24、36、48小时，在肿瘤部位观察到明显的荧光信号。信号从注射后12 h开始逐渐增加。肿瘤荧光强度在24-60 h内与其他组织显著不同，在48 h达到坠大值。之后解剖小鼠观察脏器分布。肝脏和脾脏表现出坠强的nir-ⅱ信号，其次是肿瘤，表明了肝胆清除途径。如图4b、c，注射mtf点48 h后将肿瘤暴露在808 nm激光下连续6 min，温度在6 min内升高至接近55℃，说明了高效的光热活性。如图4d、e，测量4t1肿瘤小鼠在是否注射mtf的体重和肿瘤体积。如图4f、g，治疗22天后，与其他三组相比， “mtf点+激光”组的肿瘤受到显著抑制。体外肿瘤组织的h&e染色显示，808 nm+mtf点处理时，肿瘤细胞明显被破坏。所有组h&e染色的主要器官都没有观察到炎症病变。此外，主要血细胞也在正常范围内。所有结果说明，mtf点可以作为一种有效的pdt、ptt抗肿瘤药物，没有明显的副作用。
总结
作者构建的新型nir-ⅱ有机分子mtf具有如下几个优势：在nir-ⅰ和nir-ⅱ有强的荧光；可以在没有靶向配基下进行线粒体成像，并且具有显著的pdt、ptt疗效；mtf与dspe-peg2000形成纳米点从而诊断和治疗4t1肿瘤。
参考文献
ding, qihang, ling mei, yu liu, shan zhou, lu chen, yuying liang, mingle li, hui zhou, y. i. n. chao, and jong seung kim. mitochondria-targeted fluorophores for in vivo nir-ii imaging-guided pdt/ptt.chemical communications (2023).
⭐️⭐️⭐️
近红外二区小动物活体荧光成像系统 - mars
nir-ii in vivo imaging system
高灵敏度 -采用princeton instruments深制冷相机，活体穿透深度高于15mm
高分辨率 -定制高分辨大光圈红外镜头，空间分辨率优于3um
荧光寿命 -分辨率优于5us
高速采集 -速度优于1000fps（帧每秒）
多模态系统 -可扩展x射线辐照、荧光寿命、一区荧光成像、原位成像光谱，ct等
显微镜 -近红外二区高分辨显微系统，兼容成像型光谱仪
⭐️⭐️⭐️
恒光智影
上海恒光智影医疗科技有限公司，被评为上海市“科技创新行动计划”科学仪器领域立项单位。
恒光智影，致力于为生物医学、临床前和临床应用等相关领域的研究提供*的、一体化的成像解决方案。
与基于可见光/近红外一区的传统荧光成像技术相比，我们的技术侧重于近红外二区范围并整合ct, x-ray，超声，光声成像技术。
可为肿瘤药理、神经药理、心血管药理、大分子药代动力学等一系列学科的科研人员提供清晰的成像效果，为用户提供前沿的生物医药与科学仪器服务。
教你如何挑选一个好铸铁砝码，锁型铸铁砝码，砝码方法
不锈钢卫生级气动隔膜泵工作原理与应用分析
专业回收闲置二手锆材反应釜
KXJ系列矿用隔爆兼本质安全型水位控制器
水利运行自动化元件FEA11-80电磁流量计选型资料
线粒体靶向NIR-II染料用于肿瘤成像引导的PDT/PTT
永磁变频螺杆空压机参数
等离子清洗机改性材料表面
一篇介绍下激光切割机除尘滤板的优势
耐腐耐磨离心泵简介和用途
微波消解仪的挑选方式
QY充油式潜水泵使用条件技术选型及用途
SCG551A017MS型美国ASCO电磁阀有五个优点
防火泥的防火功能怎么样
pH自动控制加液系统怎么选择电极
液化安全回流溢流阀
关于清洗分散机刀头的那些事儿
适用可调性的装盒机更受欢迎
鄂泉牌热水潜水泵性能
土壤养分检测仪揭秘土壤质量，助力农作物健康生长
各种各样的nir-ⅱ染料几乎都是基于d-a-d型的对称荧光团或多次甲基荧光团。作者希望探索具有优异性能的独te小分子nir-ⅱ探针，成为癌症治疗临床应用的候选对象。光动力治疗和光热治疗是广泛应用于癌症治疗的新型疗法。pdt中，光敏剂（ps）在光照条件下产生氧自由基从而杀死肿瘤细胞。尽管pdt因其时空控制、无入侵性和良好的选择性而被视为治疗许多恶性肿瘤的有力工具，但是临床应用的卟啉、酞菁及其类似物等光敏剂通常处于可见及紫外区，阻止其在深部肿瘤治疗中的应用。ptt中，高光热转换效率的材料把光转换成热量从而杀死肿瘤细胞。然而热休克蛋白hsp会在ptt过程中产生，降低治疗效果。因此开发一种新的nir-ⅱ探针，实现更深的穿透深度成像、更高分辨率并将pdt和ptt结合起来可获得更好的治疗效果。
mtf在没有任何配基修饰下实现了线粒体靶向能力，在nir-ⅱ（~1015nm）表现出优异的荧光发射能力。为进一步提高体内的适用性，使用dspe-peg2000通过纳米沉淀法封装mtf，得到mtf纳米点。研究了mtf和mtf纳米点的光学性能、光动力学、光热力学性能以及抗肿瘤能力。它们表现出较好的nir-ⅱ肿瘤靶向性和深层组织穿透性，能够实现实时nir-ⅱ荧光成像。
结论
图1
图1a表示mtf探针的合成路线，反应物1通过迈克尔加成得到2。经过硫代乙酸和san氟化硼醚处理，反应物2转化成为关键中间体硫代吡啶鎓3。再通过knoevenagel缩合，与4形成mtf。maldi-tof等表征手段证明了mtf的成功制备。如图1b作者测量了dcm为溶剂的mtf光学性质。mtf具有中心714 nm的强近红外吸收，有三个发射峰：一个在近红外一区（420 nm激发），另外两个在近红外二区（808 nm激发）。如图1c，在dcm溶剂中，nir-ⅱ的两个发射带分别位于~918 nm、~1015 nm。这可能因为溶剂吸收以及扭曲的分子内电荷转移效应（tict）。在不同厚度的鸡胸组织上进行mtf辅助nir-ⅱ荧光成像的穿深能力测试。nir-ⅱ荧光强度与鸡胸厚度成反比。当厚度达到8 mm时，仍然可见微弱的mtf nir-ⅱ荧光信号。表明设计的mtf可以用于nir-ⅱ成像引导的光治疗。
图2
作者随后研究了mtf暴露在808nm激光（1w·cm¯²）下的光动力学表现。首先用1,3-二苯基异苯并呋喃（dpbf）作为检测探针来评估活性氧ros的产生。通过检测dpbf在415nm的吸光度下降来记录mtf的ros产生能力。如图2b，在808nm光激发下，在mtf存在下，观察到dpbf吸光度明显下降，对照组（dpbf+激光）的dpbf吸光度降低可以忽略不计（图2a），这说明mtf优异的ros产生能力，并使用icg作为参考，功率密度1w·cm¯²的808nm激光激发下，在dmf中测量mtf的ros产生效率为0.34。此外，使用2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（dcfh-da）在小鼠癌症4t1细胞中测量体外ros的产生。dcfh-da可被胞浆酯酶脱乙酰化为非荧光化合物，随后被ros氧化为2’,7’-二氯荧光素（dcf），从而发射绿色荧光信号。如图2d，用40 nm mtf、808 nm激光辐射（0.5w·cm¯²）处理细胞，清楚观察到细胞内ros信号。此外，作者还得mtf的光热效应进行了体外评价。如图2e、f，当暴露于808nm激光照射下，80 mm和100 mm mtf表现出显著的升温，但是纯水没有，这说明其具有很好地光热活性。之后，对其进行多次加热冷却循环，观察到坠高温度略有下降。之后，通过cck-8测定法测定体外细胞毒性，mtf在没有激光照射下对4t1细胞不表现出明显细胞毒性，但是如图2c所示，在808 nm激光（0.5w·cm¯²）激发下，细胞活力随着浓度增大而降低。特别的是，用40 nm mtf在808 nm激发下处理细胞，大约78%的细胞被破坏。40 mm mtf对4t1细胞表现轻微的毒性，这可能因为mtf的正电荷。此外，用钙黄绿素am/pi染色法测量活细胞，808 nm激光照射下，4t1细胞被染成明显的红色荧光，但是另外两组“pbs+激光”、“mtf”表现出明显的绿色荧光。这些结果说明了mtf对癌细胞优异的pdt、ptt活性。图2g通过mitotracker red在4t1细胞的共定位实验证明了mtf的线粒体靶向能力。
图3
作者随后研究了体内mtf的表现。如图3a，作者构建了mtf与dspe-peg2000的纳米点，从而提高生物相容性和可行性。如图3b，tem下观察到mtf点呈现均匀的球形，平均尺寸72±18nm；通过动态光散射（dls）确定流体动力学直径为89±14nm。mtf点的zeta势确定为0.8mv，说明胶束表面具有正表面电荷。如图3c，在去离子水测量mtf的光谱性质，吸收峰位于~785 nm，在nir-ii有两个发射峰，一个在~920 nm，一个~1040 nm（808 nm激发），与mtf相似。所以纳米封装不影响mtf的光物理性质。在808 nm激发下，使用ir-26（qy=0.5%）作为参比，水溶液中测量mtf点的nir-ⅱ量子产率为0.512%。之后研究了mtf点的光热、光动力学性能：808 nm照射下，含有mtf点的dpbf在415 nm处的吸光度显著降低，并且使用icg作为参比，计算出水溶液中ros产生速率约为0.026.此外在含有10% pbs的水溶液中和dmem介质中，mtf点的平均尺寸在15天内保持不变，说明mtf点的高稳定性。在808 nm激光照射下，与icg相比，mtf点在水中表现出优异的光稳定性。此外，mtf点表现出与mtf相同的光热活性。计算出来的光热转化效率为~0.39。用体外线粒体共定位实验说明了mtf点具有良好的线粒体靶向能力，这表明mtf点可以用于体内nir-ⅱ成像引导pdt、ptt。
图4
如图4a，在皮下4t1荷瘤balb/c小鼠评估体内mtf点的nir-ⅱ荧光成像。静脉注射200 mg后的6、12、24、36、48小时，在肿瘤部位观察到明显的荧光信号。信号从注射后12 h开始逐渐增加。肿瘤荧光强度在24-60 h内与其他组织显著不同，在48 h达到坠大值。之后解剖小鼠观察脏器分布。肝脏和脾脏表现出坠强的nir-ⅱ信号，其次是肿瘤，表明了肝胆清除途径。如图4b、c，注射mtf点48 h后将肿瘤暴露在808 nm激光下连续6 min，温度在6 min内升高至接近55℃，说明了高效的光热活性。如图4d、e，测量4t1肿瘤小鼠在是否注射mtf的体重和肿瘤体积。如图4f、g，治疗22天后，与其他三组相比， “mtf点+激光”组的肿瘤受到显著抑制。体外肿瘤组织的h&e染色显示，808 nm+mtf点处理时，肿瘤细胞明显被破坏。所有组h&e染色的主要器官都没有观察到炎症病变。此外，主要血细胞也在正常范围内。所有结果说明，mtf点可以作为一种有效的pdt、ptt抗肿瘤药物，没有明显的副作用。
总结
作者构建的新型nir-ⅱ有机分子mtf具有如下几个优势：在nir-ⅰ和nir-ⅱ有强的荧光；可以在没有靶向配基下进行线粒体成像，并且具有显著的pdt、ptt疗效；mtf与dspe-peg2000形成纳米点从而诊断和治疗4t1肿瘤。
参考文献
ding, qihang, ling mei, yu liu, shan zhou, lu chen, yuying liang, mingle li, hui zhou, y. i. n. chao, and jong seung kim. mitochondria-targeted fluorophores for in vivo nir-ii imaging-guided pdt/ptt.chemical communications (2023).
⭐️⭐️⭐️
近红外二区小动物活体荧光成像系统 - mars
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