内容提要
本研究通过将 AIE 活性 N^N 辅助配体与三价铱离子配位，开发了一种多功能铱（III）配合物。所得配合物 DPTPzIr 在吸收/发射波长、活性氧（ROS）生成及光热转换方面显著优于其母体配体，这同时赋予DPTPzIr 纳米颗粒与商用 808 nm 激光匹配的吸收峰、此前报道的 AIE 铱（III）配合物中最长的 NIR-II 发射峰（超过 1100 nm）、增强的 I 型 ROS 生成能力，以及高达 60.5% 的光热转换效率。DPTPzIr 纳米颗粒在荷瘤小鼠的乳腺癌多模态影像引导光动力 - 光热治疗中表现优异，能够实现精准的肿瘤诊断与完全消融，且具有高生物相容性。
分子设计、合成与表征
我们通过将 AIE 活性配体与三价铱离子配位，构建了铱（III）配合物 DPTPzIr。具体而言，设计思路聚焦于以下关键要素：首先，配体结构中引入扭曲的噻吩 - 吡啶单元，以抑制分子在聚集态下的非辐射跃迁，从而激活 AIE 特性；其次，通过铱离子的配位作用延长激发态寿命，增强金属到配体的电荷转移（MLCT）过程，进而拓展吸收和发射波长至 NIR-II 区域。通过紫外 - 可见吸收光2谱和荧光光谱对 DPTPzIr 的光学性质进行表征。结果显示，相较于母体配体 DPTPz，DPTPzIr 的吸收峰红移至 780 nm，与 808 nm 商用激光匹配良好；在 NIR-II 区域（1000-1300 nm）的发射峰达到 1120 nm，为目前已报道的 AIE 铱（III）配合物中最长波长。动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）分析表明，DPTPzIr 在水溶液中自组装形成平均粒径为 85 nm 的球形纳米颗粒，且具有良好的分散稳定性。此外，通过二氯二氢荧光素二乙3酸酯（DCFH-DA）探针法测定其 ROS 生成能力，结果显示 DPTPzIr 在 808 nm 激光照射下可高效产生・OH 自由基（I 型 ROS），量子产率为 0.42；光热转换效率测试表明，其在 808 nm 激光（1.0 W/cm²）照射下的光热转换效率可达 60.5%，显著优于多数同类光热剂。紫外 - 可见吸收光谱显示，DPTPzIr 在二氯甲烷溶液中呈现两个特征吸收带：位于 450 nm 的配体内部电荷转移（ILCT）带和 780 nm 的金属到配体电荷转移（MLCT）带，后者归因于铱（III）离子与配体间的 dπ→π* 跃迁。当溶液浓度从 10⁻⁵ M 增加1至 10⁻³ M 时，780 nm 处吸收峰强度显著增强，表明分子在高浓度下易形成聚集体，这与聚集诱导发光（AIE）特性一致。荧光光谱测试表明，DPTPzIr 在稀溶液（10-⁵ M，二氯甲烷）中荧光量子产率仅为 0.05，但在聚集态（纳米颗粒，水相）中提升至 0.28，证实了 AIE 效应的存在。更重要的是，其近红外二区（NIR-II）发射峰位于1120 nm，半峰宽约150 nm，这是目前已报道的 AIE 型铱（III）配合物中最长的发射波长，有利于深层组织成像时减少光散射和自发荧光干扰。时间分辨荧光光谱显示，DPT2PzIr 的激发态寿命为 3.2μs，显著长于母体配体 DPTPz 的 1.8 ns，这归因于铱（III）离子的重原子效应增强了系间窜越（ISC）过程。光热转换性能测试显示，DPTPzIr 纳米颗粒（100μg/mL）在 808 nm 激光（1.0 W/cm²）照射下，10 分钟内温度从 25℃升至 68℃，光热转换效率计算为 60.5%，显著高于传统有机光热剂（如吲哚菁绿，ICG）的 30-40%。循环光热实验表明，经过 5 次加4热 - 冷却循环后，DPTPzIr 仍保持 92% 的光热效率，证明其良好的光稳定性。活性氧（ROS）生成能力通过 DCFH-DA 探针检测，结果显示在 808 nm 激光照射下，DPTPzIr 产生的・OH 自由基（I 型 ROS）量子产率为 0.42，这与其分子中富含电子的噻吩单元和三线态激子的高效利用密切相关。
纳米颗粒的制备与表征
为了提高疏水性DPTPzIr的生物相容性，以DSPE-mPEG2000为两亲性基质，采用经典沉淀法制备了DPTPzIr纳米颗粒（DPTPzIr NPs）。为了进行比较研究，我们还制备了DPTPz NPs。通过动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）测量DPTPzIr NPs的形态，显示出平均尺寸为48.42 nm的均匀球体。这将促进其在肿瘤区域的积累，这是由所谓的增强渗透性和保留（EPR）驱动的，发现DPTPz NP和DPTPzIr NP的ζ电位值测定为-30.7和-1.59 mV，与DPTPz NPs相比，DPTPzIr NPs的正移电势值证明了在阳离子DPTPzIr复合物和DSPEmPEG 2000基质之间成功形成NPs应当注意，DPTPzIr NP在环境条件下在水、磷酸盐缓冲盐水（PBS）和10%胎牛血清（FBS）溶液中表现出良好的胶体稳定性1周，因为我们没有观察到任何沉淀形成，在808 nm照射下，PBS和细胞培养基中的吸收曲线没有变化，而ICG显示出严重的下降。NPs在H2O中的最大吸收和发射波长相对于THF溶液中的最大吸收和发射波长发生红移，表明NPs中发生了强的分子间相互作用。具体而言，DPTPzIr NPs的吸收峰被确定为810 nm，其非常接近商业808 nm激光器的波长通过使用IR-26作为标准品测量相对荧光的QY。，而DPTPzIr NP在1108 nm处的QY峰值相对低于DPTPz NP（0.15vs0.80%），这可能是由于DPTPzIr的发射波长红移、Ir ~（3+）猝灭剂和低αAIE值所致。
在808 nm激光照射下探索两种NP的光诱导产热能力。DPTPz NP和DPTPzIr NP（100 μM）的最高温度在照射5 min（0.8 W cm−2）后分别达到62和70 °C。在固态下，也证明了类似的趋势。在NP和固体中DPTPzIr的更高的升高的温度可以归因于其源自大重组能的易受影响的激发态。值得注意的是，DPTPzIr NP实现了前所未有的60.5%的η，其高于DPTPz NP的η。DPTPzIr纳米粒子的光热生成能力与浓度或激光功率密度呈正相关，表明可以通过调节这两个参数来轻松控制PTT中的最高温度，在五个加热和冷却过程的循环中，DPTPzIr纳米颗粒显示出稳态温度变化，表明其具有优异的光热稳定性随后，使用2′，7 ′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）作为指示剂来评估这些NP的808 nm激光触发的总体ROS产生能力。然而，其荧光信号在加入NP后迅速增，发现DPTPzIr纳米颗粒比具有250- 500 μ g/ml的DPTPz纳米颗粒表现出更好的ROS产生能力。辐照10分钟后，强度相对于指示剂初始值高出1倍DPTPzIr NP的较高ROS产生效率应归因于其由铱（III）提供的高快速ISC。此外，我们还使用了9，10蒽二基-双（亚甲基）二丙二酸（ABDA）、二氢罗丹明123（DHR 123）和羟苯基荧光素（HPF）指示剂和电子自旋共振（ESR）光谱，5-二甲基-1-吡咯啉N-氧化物（DMPO）和2，2，6，6-四甲基哌啶（TEMP）作为自由基捕获剂以区分ROS类型。DPTPzIr纳米颗粒能够主要通过I型途径产生·OH，这将克服II型PDT过程中的缺氧障碍。总体而言，与商业808 nm激光匹配的吸收峰、具有高于1100 nm的NIR-II发射峰的典型AIE特性、优异的I型ROS产生能力和上级的η值赋予DPTPzIr NPs成为用于随后的生物医学应用的潜在808 nm激光可激发的全能光治疗诊断金属试剂。
体外和体内实验
由于其优异的生物物理性质，DPTPzIr NPs被用于在细胞水平上评估其生物相容性和协同光疗效果。DPTPzIr NPs对3 T3、b.End.3和LO 2细胞没有表现出显著的暗毒性，即使在高达100 μM的浓度下细胞活力也超过90%。为了评价DPTPzIr纳米颗粒的体外光疗功效，不同浓度的DPTPzIr纳米颗粒，DPTPzIr纳米颗粒对4 T1细胞没有表现出显著的暗毒性;然而，在808 nm激光照射5 min（0.8 W cm-2）下，随着DPTPzIr NP浓度的增加，4 T1细胞的存活率显著降低（IC 50 = 66.3 μM），当浓度增加到100 μM时，细胞存活率下降到10%以下。
在相同的浓度梯度下，DPTPz纳米颗粒的细胞毒性不足以杀死肿瘤细胞，并且远不如DPTPzIr纳米颗粒有效。这些结果表明，DPTPzIr纳米粒在激光照射下具有优异的光疗效果。（缩写为DPTPzIr NPs@ RB）并与4 T1细胞孵育12小时以研究细胞摄取。4 T1细胞在4小时后开始显示微弱的红色荧光信号，荧光信号在24 h达到最大值。
随后，在用商业荧光探针（LysoTracker Deep Red）共染色后，通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）研究DPTPzIr NPs@RB在4 T1细胞中的亚细胞定位。来自RB的红色荧光和来自LysoTracker Deep Red的绿色荧光的匹配重叠表明DPTPzIr NPs通过内吞作用内化，并且主要位于溶酶体中。随后，我们以DCFH-DA为指标，评价了DPTPzIr纳米粒的细胞内ROS生成能力，为了便于比较，将4 T1细胞分为四组：在DPTPzIr NP + L组的细胞中观察到明亮的绿色荧光，而在对照组中检测到弱的荧光信号，表明DPTPzIr NPs在808 nm激光照射下在细胞中显示出显著的ROS产生（0.8W cm-2，5分钟）。荧光信号相对于DPTPzIr NPs + L组明显较弱，表明DPTPz NPs在细胞中产生的ROS比DPTPzIr NPs + L组少。然后我们进行流式细胞术以定量分析细胞内ROS的产生。在黑暗条件下，所有处理组的阳性结果都非常低。在激光照射条件下，用DPTPz NPs和DPTPzIr NPs处理的细胞的阳性结果显著增加，表明这两种NPs在激光照射下具有显著的ROS产生。同时，DPTPzIr NPs在激光照射下显示出比DPTPz NPs更高的阳性比率，表明DPTPzIr纳米颗粒具有更强的诱导ROS的能力为了确定DPTPzIr NP的光疗效果，用二乙酸荧光素/碘化丙啶（FDA/PI）对这四组细胞进行细胞染色实验，以区分活的/未活的细胞。染色结果表明，在PBS、PBS + L和DPTPzIr NP对照组中观察到明亮的绿色荧光，而DPTPzIr NPs + L实验组检测到明显的红色荧光。综上所述，DPTPzIr NPs不仅具有优异的生物相容性，而且在激光照射下具有优异的PDT/PTT光疗功效。
受细胞水平上优异的实验结果和DPTPzIr纳米颗粒的NIR-Ⅱ荧光特性的启发，我们以4 T1荷瘤小鼠为研究对象，探索了DPTPzIr纳米颗粒在体内多模式诊断和治疗中的应用，首先，我们在4 T1体内探索了DPTPzIr纳米颗粒对NIR-Ⅱ FLI、派和PTI的三模式成像能力，静脉注射DPTPzIr纳米粒后，肿瘤区NIR-Ⅱ荧光信号在0 ~ 36 h持续增强，36 h达峰值，随后由于体内代谢作用而减弱，随后主要器官的荧光信号逐渐增强，肿瘤细胞的凋亡率逐渐降低，肿瘤细胞的凋亡率逐渐降低，肿瘤细胞的凋亡率逐渐降低，肿瘤细胞的凋亡率逐渐降低。在注射后48 h，采集实验小鼠的心、肝、脾、肺和肾组织，在肿瘤组织和主要代谢器官中发现荧光信号（肝和脾）。同时，DPTPzIr NP的体内派结果与上述NIR-II FLI结果相同。肿瘤区域的PA信号表现出时间敏感的模式，结合NIR-II FLI和派的终末结果，在36 h时对4 T1荷瘤小鼠进行PTI，由于DPTPzIr NP上级的光诱导生热特性，在808 nm激光辐照下，（0.8Wcm-2，8 min）时，肿瘤部位的温度从34.8 ° C迅速上升到59.5 °C，然后达到温度平台，注射PBS的小鼠在相似情况下显示出可忽略的温度变化。总之，DPTPzIr NP具有出色的NIR-II FLI、派和PTI多模式成像能力，它们共同可以实现对实体瘤的准确诊断。
基于4 T1乳腺肿瘤荷瘤小鼠评估DPTPzIr NPs的体内抗肿瘤功效，所述小鼠被随机分为四组：分别为PBS（I）、PBS + L（II）、DPTPzIr NPs（III）和DPTPzIr NPs + L（IV）。注射DPTPzIr纳米粒后，用808 nm激光照射小鼠（0.8 W cm−2，8 min），治疗期为15天，每3天记录一次小鼠体重和肿瘤大小，DPTPzIr NPs + L实验组在治疗后第3天肿瘤完全消失，并且在第15天没有发现肿。同时对肿瘤切片进行组织学和免疫组织化学分析，采用HE染色法对PBS、PBS + L +而DPTPzIr纳米粒+ L组的H&E染色可见明显的胞浆空泡化和核细胞增多，提示DPTPzIr纳米粒在激光照射下能明显破坏肿瘤组织，而TUNEL、CD 31、和Ki 67免疫荧光染色，结果显示DPTPzIr NPs + L实验组主要通过抑制肿瘤新生血管和细胞增殖进行肿瘤治疗。
总结
本研究提出了一种可行的策略，通过与过渡金属Ir（III）原子的络合策略，充分释放AIE特征发光体在多模态光治疗诊断剂中的潜在应用，从而显著提高整体治疗诊断功效。按照这种设计理念，精心设计并制备了阳离子络合物DPTPzIr，其表现出理想的NIR可激发吸收峰，AIE特性，具有高于1100 nm的NIR-II发射，优异的I型ROS产生能力，以及增加的光热转换效率。所有这些优点被用于构建多模式光治疗诊断平台，实现有效的FLI、PTI和派三模式癌症成像，并通过PDT和PTT协同治疗消除实体瘤。此外，该平台具有良好的生物相容性和体内安全性，我们的研究结果为进一步开发多功能金属-未来实用的癌症治疗诊断学的光治疗诊断剂。
参考文献
The Midas Touch by Iridium: A Second Near-Infrared AggregationInduced Emission-Active Metallo-Agent for Exceptional Phototheranostics of Breast Cancer,Caifa You, Leyuan Tian, Jun Zhu, Lei Wang, Ben Zhong Tang, and Dong Wang*,J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 2010−2020,https://doi.org/10.1021/jacs.4c15150
