已经引导临床手术的NIR-II，最近有哪些研究新进展？
NanoLabs
2020-02-25
近红外二区激光（NIR-II，1000-1700 nm）操作简便，在活体组织中具有更少的组织吸收和散射以及更低组织自发荧光特性，可以大大提高组织穿透深度和空间分辨率，在生物医学领域中具有广阔的应用前景。2019年12月23日，中科院自动化研究所田捷研究员和斯坦福大学Sanjiv Sam Gambhir, Zhen Cheng等人报道了一种集成可见光和NIR-I/II多光谱成像仪，并在不同的红外窗口下对其在人体和动物研究中的成像性能进行了表征。还报道了23例肝癌患者注射ICG后的可见光、NIR-I和NIR-II多光谱成像的首次人体研究，并比较了每例患者的NIR-I窗口和NIR-I窗口的成像性能，评价NIR-I和NIR-II引导手术在临床上的应用潜力。有鉴于此，本文汇总了近一个月来与NIR-II在生物医学中的应用相关的研究成果。1. 介孔金纳米骨架用作近红外二区的拉曼光生成像和光化学癌症诊疗丨AFM在第二近红外（NIR-II）生物窗口中具有可调表面局部等离子体共振（LSPR）波长的金基纳米结构在光热诊疗领域越来越受到关注，但是目前进展却有限。有鉴于此，厦门大学Lei Ren团队及其合作者使用脂质体作为模合成具有大介孔（≈40nm）的新型金纳米框架（AuNFs）用作多模式成像。所得的AuNFs在近红外二区表现出强吸收，可以用于深部肿瘤的光热治疗（PTT）和光声（PA）成像。将阿霉素（DOX）搭载到透明质酸功能化的AuNFs的介孔中后，所得的AuNFs 对CD44过表达的肿瘤细胞表现出靶向能力。将具有拉曼活性的-氨基硫酚（4-ATP）偶联到AuNFs后，可用于拉曼光生成像。Wang J, Sun J, Wang Y,et al. Gold Nanoframeworks with Mesopores for Raman–Photoacoustic Imaging and Photo-Chemo Tumor Therapy in the SecondNear-Infrared Biowindow [J]. Adv. Funct. Mater. 2020, 1908825DOI: 10.1002/adfm.201908825https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.2019088252. 石墨烯量子点用于成像指导的近红外II区光热治疗丨Biomaterials石墨烯量子点(GQDs)因其具有良好的生物相容性和快速的可清除性能，被认为是一种新兴的用于癌症光热治疗(PTT)的纳米材料。然而，目前的GQDs一般都是在较短波长(<1000 nm)下的有光吸收，这也限制了其在用于近红外II(1000-1700 nm, NIR-II)光热治疗时的治疗效果。南京大学聂蓉蓉、中科院合肥物质科学研究院陈乾旺和王辉合作报道了一种在NIR-II区(1070 nm)有强吸收的9T-GQDs。该9T-GQDs是以苯酚为单前体，通过调节过氧化氢在9T强磁场下的分解，利用一步溶剂热处理所合成的。该9T-GQDs的尺寸分布均匀(3.6 nm)，荧光可调谐 (量子产率16.67%)，光热转换效率高(33.45%)。体内外实验结果表明，9T-GQDs能有效杀伤肿瘤细胞，进而抑制肿瘤生长，并且能在活体小鼠中对肿瘤实现增强的近红外成像，从而表明它是一种性能优异的NIR-II区光学诊疗纳米平台。Hongji Liu, RongrongNie, Qianwang Chen, Hui Wang. et al. Magnetic-induced graphene quantum dots forimaging-guided photothermal therapy in the second near-infrared window.Biomaterials. 2019https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296121930818X3. 用于近红外II光触发的有机半导体聚合物两亲物丨Biomaterials开发具有高光热稳定性、高光热转换效率(PCE)和良好生物相容性的近红外II (NIR-II)光响应性纳米制剂对光声成像引导的光热疗法(PTT)具有重要意义。尽管有机半导体聚合物纳米粒子(OSPNs)在PA成像引导的PTT中具有优势，但常用的基于纳米沉淀法或再沉淀法制备的OSPNs在第一近红外(NIR-I)窗口的有限吸收和亚稳态纳米结构影响了其在体内的光热性能。在此，香港中文大学边黎明研究团队联合香港城市大学李振声和Wang Lidai研究团队设计并合成了一种新型的近红外吸收有机半导体聚合物两亲物(OSPA)，以增强OSPNs的结构稳定性。OSPA具有显著的光学性质、低毒性和合适的尺寸，不仅可以有效地标记和杀死近红外-II照射下的癌细胞，而且在静脉注射时也能在活体小鼠的肿瘤组织中蓄积，使得高效的近红外-II光触发光疗可以针对肿瘤进行治疗。综上所述，本研究开发的OSPA在制造多功能纳米平台以实现多模态治疗方面具有广阔的前景。Chao Yin, Xiaozhen Li,GuohuaWen, et al. Organic semiconducting polymer amphiphile fornear-infrared-II light-triggered phototheranostics. Biomaterials, 2019.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.1196844. 高性能全能光热疗法--单剂量注射和808 nm激光照射的NIR-II荧光成像引导线粒体靶向治疗丨Biomaterials目前的光热疗法仍面临各种障碍，导致治疗过程复杂、时间延长，增加了不必要的副作用和对患者的全身毒性。在此基础上，南京邮电大学范曲立研究团队联合南京理工大学唐卫华研究团队设计并制备了基于单组分有机分子的线粒体靶向光热纳米粒子。经单光束808nm激光照射后，获得了在水中高达2.2%荧光量子产率的第二近红外(NIR-II)荧光信号，可用于近红外荧光成像，有效定位肿瘤及实时监测治疗过程。此外，在808nm激光照射下，该纳米粒子还表现出极高的光热转换效率(39.6%)和单线态氧产量(2.3%，几乎是临床近红外染料吲哚菁绿的12倍)，既能产生强热，又能产生丰富的单线态氧，从而导致线粒体功能障碍和进一步的细胞凋亡。体外和体内研究均表明，这种纳米制剂具有显著的肿瘤治疗效果，这是由808nm激光触发的高性能NIR-II荧光成像引导线粒体靶向光疗所致。值得注意的是，在体内治疗过程中仅需采用单剂量注射和808nm激光照射。综上所述，在这项工作中开发的光疗纳米颗粒将为癌症治疗开辟一个新维度。Qi Wang, Jingzeng Xu,Renyong Geng, et al. High performance one-for-all phototheranostics: NIR-IIfluorescence imaging guided mitochondria-targeting phototherapy with asingle-dose injection and 808nmlaser irradiation. Biomaterials, 2019.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.1196715. 结构异构化使明亮的NIR-II-AIEgen用于脑炎症成像丨AFM近红外第二窗口（NIR-II）缺少高量子产率（QY）的有机荧光团已成为生物成像领域的瓶颈。近日，香港科技大学唐本忠院士课题组与南开大学丁丹教授合作，提出了一个简单的策略来解决这个问题：基于聚集诱导发射的分子设计原理的结构异构化。结合主链畸变和转子扭曲，生成的NIR-II荧光团2TT-oC6B在1030nm处显示出发射峰，在纳米颗粒中显示出11%的QY，是目前报道的最高值之一。控制分子证实扭曲的主链和扭曲的转子在确定NIR-II荧光团的荧光性质方面起着同样重要的作用。为了使靶向能力达到深入定位的疾病，中性粒细胞（NEs）被用来穿透脑组织并在炎症部位积聚。在此，研究人员发现携带2TT-oC6B纳米颗粒的NEs可以穿透血脑屏障，并通过完整的头皮和颅骨看到深层炎症。值得注意的是，明亮的2TT-oC6B有助于显著增强脑炎症部位30.6的信号背景比。Shunjie Liu, Chao Chen,Yuanyuan Li, et al. Constitutional Isomerization Enables Bright NIR‐II AIEgen for Brain‐Inflammation Imaging.Advanced Functional Materials, 2019.DOI:10.1002/adfm.201908125https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.2019081256. 双增强NIR-IIa荧光半导体聚合物点在小鼠颅骨脑成像中的应用丨AngewNIR-IIa区域(1300-1400 nm)的荧光探针由于减少了生物组织中的光子散射和自体荧光而显著改善了成像效果。然而，这一区域的有机荧光团在很大程度上未被开发。在此，南方科技大学吴长峰研究团队通过双重荧光增强机制开发了NIR-IIa聚合物点(Pdots)。首先，使用吩噻嗪的聚集诱导发射来减少聚合物在凝聚态的非辐射衰减途径。其次，通过不同水平的空间位阻使荧光猝灭最小化，以进一步增强荧光。所得的Pdots在水溶液中的荧光QY约为1.7%，与原始聚合物在四氢呋喃(THF)溶液中的荧光QY相比增强了约21倍。用NIR-IIa Pdots进行的小动物成像在穿透深度和信噪比方面也表现出显著改善，已通过活体小鼠脑血管的头颅和头皮荧光成像证实了这一点。这项研究表明，NIR-IIa Pdots在体内荧光成像方面具有广阔的应用前景。Zhe Zhang, XiaofengFang, Zhihe Liu, et al. Semiconducting Polymer Dots with Dually Enhanced NIR‐IIa Fluorescence for Through‐Skull MouseBrain Imaging. Angew. Chem. Int. Ed., 2019.https://doi.org/10.1002/anie.201914397
