内容提要
本研究介绍了一种新策略，通过破坏聚合物刷工程单分子胶束中的π-π堆叠相互作用，精确控制π共轭荧光团的大小、体内行为和光学特性。我们选择了一种电子供体-受体-供体（D-A-D）型π共轭分子（BBTD）作为我们的近红外-II荧光团模型，因为它具有易合成性和优异的光物理性质。BBTD的扩展π共轭结构是研究π-π堆积调制如何影响体内生物成像性能的理想平台。随后，BBTD与聚（低聚（乙二醇）甲基醚甲基丙烯酸酯）（POEGMA）聚合物刷或线性 PEG 共轭，生成两个系列的两亲聚合物，即POEGMA-BBTD和PEG-BBTD，每种聚合物的分子量各不相同。我们观察到，由于POEGMA聚合物刷有效防止了π-π堆积，POEGMA-BBTD形成了单分子胶束结构或非常有限的聚集结构，从而确定了胶束大小与分子量之间的直接相关性。相反，线性PEG改性对应物无论分子量大小，都不能充分抑制BBTD核心的π-π堆积。这一本质区别使我们能够通过系统性的分子量调整来精确控制POEGMA-BBTD的代谢行为，从而实现从小型 POEGMA5000-BBTD（4.5 nm）的肾脏清除到大型 POEGMA20000-BBTD（11.0 nm）的肝脏代谢的完全过渡，血液循环半衰期范围为60倍。通过简单的POEGMA刷长调制，这种可调性允许使用相同的NIR-II发射BBTD核进行从肾功能障碍检测到肿瘤成像的多功能成像应用。此外，与线性PEG10000-BBTD相比，POEGMA10000-BBTD的循环时间更长，肿瘤靶向性更强，非特异性分布极少，因此肿瘤与肝脏的累积比相差5倍。这是因为 POEGMA 聚合物刷具有优异的抗血清蛋白吸附和降低MPS清除率的能力。在光学性能方面，聚合物刷的立体阻碍完全抑制了π-π堆叠，产生的单分子胶束的荧光量子产率（FQY）比传统纳米聚集体高出5倍。通过进一步引入疏水性单体甲基丙烯酸苄酯（BMA）作为遮水成分，P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 的荧光量子产率显著提高到 6.10%，是PEG10000-BBTD的47.0倍。优化的肿瘤靶向性和增强的NIR-II发射的协同作用使P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD实现了卓越的诊断性能，是π共轭光热诊疗技术的一大进步。因此，这项工作建立了一个潜在的药代动力学工程平台，解决了近红外-II荧光制剂临床应用的关键限制。
POEGMA聚合物刷或PEG线性聚合物与BBTD的共轭以及两亲性POEGMA-BBTD和PEG-BBTD的合成
在此，我们合成了一种D-A-D型π共轭分子（NH2-BBTD-NH2），该分子以苯并双噻二唑为受体单元，以胺官能化的三苯胺为供体单元。NH2-BBTD-NH2可以很好地溶解在THF中，所得溶液在735nm波长处显示出最大吸收。首先，将NH2-BBTD-NH2与DSPEPEG两性聚合物封装在一起，制备出水分散性纳米粒子。由此得到的双组分胶束DSPE-PEG@NH2-BBTD-NH2纳米粒子大小为43.7nm，吸收峰蓝移至 690 nm。由于强烈的π-π相互作用，纳米沉淀法制备的纳米粒子通常表现出不同于单分子态的光学特性。虽然这种方法使疏水的π-共轭分子具有生物相容性，但在根据药代动力学特性合理调整纳米粒子大小以及理解因分子堆积失控而产生的复杂的结构-性能关系方面仍面临挑战。
为了克服这一限制，我们开发了一种聚合策略，将BBTD与大体积亲水聚合物共价共轭，利用它们的立体阻碍作用来抑制π-π堆积并控制自组装结构。具体来说，我们使用OEGMA单体的可逆加成-碎片链转移（RAFT）聚合方法合成了两种亲水性聚合物刷：POEGMA5000和POEGMA10000（其中5000和10000代表近似分子量）。这些聚合物刷的聚合度分别为10和27，平均分子量分别为5300和11000。值得注意的是，为了在聚合物刷末端引入羧酸官能团，使用了4-氰基-4-（苯碳硫酰基硫代）戊酸作为引发剂。同时，为了对比研究聚合物拓扑结构的影响，还购买了线性羧酸官能团PEG5000和PEG10000。最后，通过NH2-BBTD-NH2和POEGMA刷与线性PEG之间的酰胺偶联，得到了四种两亲共聚物：POEGMA5000-BBTD-POEGMA5000、POEGMA10000-BBTD-POEGMA10000、PEG5000-BBTD-PEG5000和PEG10000-BBTD-PEG10000（在下文讨论中缩写为 POEGMA5000-BBTD、POEGMA10000-BBTD、PEG5000-BBTD 和 PEG10000-BBTD）的合成。这些聚合物的成功合成通过核磁共振（1H NMR）光谱和凝胶渗透色谱（GPC）分析得到了证明。GPC结果显示，经过偶联反应后，聚合物的分子量大约增加了两倍，证明了两个亲水性聚合物成功地与BBTD结合。此外，POEGMA-BBTD和PEG-BBTD的1H NMR光谱中出现了BBTD的特征峰，位于6.9-8.2 ppm，这也表明了两亲共聚物的成功合成。
POEGMA聚合物刷比PEG线性聚合物更能有效防止π-π堆积从而在POEGMA-BBTD中形成单分子胶束
首先，研究了这些聚合物的自组装行为。在H2O介质中进行的动态光散射（DLS）分析表明，分子量相当的POEGMA5000-BBTD和PEG5000-BBTD的胶束尺寸分别为4.5和13.1 nm。同样，分子量较大的POEGMA10000-BBTD和PEG10000-BBTD的胶束尺寸分别为7.8和15.2 nm。所有制备的胶束都显示出负表面电荷，POEGMA-BBTD 在水和血清中的七天监测期内都保持了稳定的尺寸，这表明所研究的胶束具有良好的结构稳定性。同时，透射电子显微镜（TEM）显示POEGMA-BBTD和PEG-BBTD在H2O中都能自组装成球形纳米结构，其尺寸与 DLS 测量结果一致。DLS和TEM分析表明，在分子量相当的情况下，POEGMA-BBTD形成的胶束的流体力学直径明显小于PEG-BBTD。此外，POEGMA5000-BBTD、POEGMA10000-BBTD、PEG5000-BBTD 和PEG10000-BBTD在THF中的摩尔吸收率非常接近，均为≈9.0 × 103 M-1 cm-1，而在H2O中的摩尔吸收率则分别降至7.6、7.8、6.3和6.1 × 103 M-1 cm-1。众所周知，光散射的程度随纳米颗粒大小的增加而增加106倍；因此，这些结果也证明POEGMA-BBTD形成的胶束结构要小得多。
为了证明这一假设，我们研究了它们在 H2O（BBTD的不良介质，往往会促进π-堆积）和THF（BBTD良好介质）中的光学特性。紫外-可见吸收光谱显示，POEGMA-BBTD聚合物在H2O和THF中显示出相同的吸收光谱，最大吸收峰在721nm处。相反，PEG-BBTD 在H2O中的最大吸收峰蓝移到了701 nm，与THF中的溶液相比蓝移了 20 nm。如上一节所述，NH2-BBTD-NH2@DSPE-PEG在胶束形成后也表现出明显的蓝移，这归因于H型π-π堆积的形成。此外，当温度从25 ℃升高到85 ℃时，PEG-BBTD在H2O中的吸收最大值逐渐回移到721 nm，这表明π-π堆积在高温下会被破坏。与此相反，POEGMA-BBTD的吸收最大值与温度无关。此外，在没有临界胶束浓度的情况下，POEGMA-BBTD的直径也没有表现出浓度依赖性。因此，基于不同溶剂和不同浓度下相同的吸收率以及与温度无关的特性，我们证明POEGMA-BBTD形成了单分子胶束结构或非常有限的聚集结构。相反，PEG-BBTD中的BBTD核心之间形成了π-π堆积，从而形成了较大的聚集体。TEM显示，POEGMA-BBTD胶束呈现球形形态，与刷状聚合物本身的杆状结构不同。为了研究POEGMA-BBTD在溶液中的形态，我们对其水溶液进行了小角X射线散射（SAXS）分析。一维 SAXS 曲线与球形颗粒模型拟合良好。计算得出的Rg/Rh比率分别为0.83（POEGMA5000-BBTD）和0.95（POEGMA10000-BBTD），支持了这些胶束在 H2O 中的球形结构。它们的钟形距离分布函数和归一化 Kratky 图进一步证明了这一结论。为了从分子水平深入了解这些形态观察结果，我们采用粗粒度分子动力学模拟了刷状聚合物POEGMA-BBTD和线性聚合物PEG-BBTD的分子组装行为。POEGMA-BBTD 分子以离散的单分子分布形式存在，BBTD核心之间没有π-π堆积。在相同的模拟条件下，PEG-BBTD分子反而通过其中心BBTD单元的π-π相互作用聚集在一起。这些计算结果不仅证实了我们的实验发现，而且直接证明了POEGMA聚合物刷比线性PEG链能更有效地抑制π-π相互作用，从而形成单分子胶束。此外，与水溶液相比，聚合物在良好的溶剂中采用了更多的延伸构象。根据这些观察结果，我们推测侧翼POEGMA聚合物刷的疏水性柔性聚乙烯骨架会在H2O中包裹疏水性BBTD核心，保护其不受水环境的影响。同时，亲水性OEG侧链向外延伸，形成球形胶束结构。POEGMA聚合物刷的柔性聚乙烯骨架无法克服疏水作用，使聚合物无法保持其固有的棒状结构。由此产生的构象重排对BBTD核心的π-π堆叠产生了立体阻碍，从而稳定了单分子胶束结构。此外，球形形态使表面-体积比降至最低，有效地保护了疏水性BBTD核心不被水暴露，从而大大减少了水介导的荧光淬灭和非特异性蛋白质吸附。
此外，我们研究了这些胶束的荧光特性。POEGMA-BBTD在水和THF溶液中均在808 nm光激发下表现出最大荧光发射约在1050 nm，斯托克斯位移约为330 nm。然而，PEG-BBTD在水中的最大发射波长约为1070 nm，相较于POEGMA-BBTD红移了20 nm，而在THF中恢复至1050 nm。以IR-26作为参考（在1,2-二氯乙烯中的量子产率为0.5%），POEGMA5000-BBTD和POEGMA10000-BBTD胶束在水中的量子产率分别为0.96%和0.72%。相反，PEG5000-BBTD和PEG10000-BBTD的量子产率显著下降至0.28%和0.13%，显示出与POEGMA-BBTD之间的显著差异。我们观察到，随着周围聚合物分子量的增加，POEGMA-BBTD和PEG-BBT 胶束的FQY都会降低。荧光强度的这种微小差异可能是由于周围聚合物对BBTD中心发射光的散射造成的。使用小型动物成像仪对H2O中的四种胶束进行的近红外-II荧光成像也显示POEGMA-BBTD的荧光更高。我们进一步测量并比较了这两种聚合物在THF中的FQY，结果表明它们的FQY值相当，都≈1.3-1.5%。这些在分子溶解状态下几乎相同的FQY证实，在 H2O 中观察到的显著FQY差异源于它们不同的聚集行为。为了阐明 POEGMA-BBTD 和 PEG-BBTD 在聚集行为上的差异，我们研究了它们在 THF/H2O 混合溶剂中不同水份（fw）的荧光变化。随着fw的增加，POEGMA-BBTD的荧光强度经历了一个先减弱后略微增强的过程。这种行为可归因于POEGMA-BBTD独特的单分子胶束构象，SAXS和分子动力学模拟也证实了这一点。具体来说，POEGMA聚合物刷的疏水性聚乙烯骨架在fw升高时会发生构象折叠，从而包裹 BTD 心并使其免受水的影响。这种结构重排有效地隔离了BBTD荧光团，导致观察到轻微的荧光恢复。与此相反，PEG-BBTD的荧光强度随着fw的增大而持续降低，这可能是由于BBT 核心的H型π-π堆积聚集导致了荧光淬灭。
POEGMA-BBTD单分子胶束的尺寸与分子量之间的线性关系
尽管PEG5000-BBTD和PEG10000-BBTD的分子量相差约两倍，但它们的流体力学尺寸相似，分别为13.1 nm和15.2 nm。这一观察结果证实，强烈的 π-π堆积相互作用主导了它们的组装行为，导致胶束尺寸难以控制。相反，POEGMA-BBTD系列则表现出明显不同的行为。POEGMA5000-BBTD和POEGMA10000-BBTD的尺寸分别为4.5 nm和7.8 nm，显示出明显的分子量依赖性。这种尺寸差异表明，单分子胶束结构有效地抑制了分子间的π-π堆叠。为了进一步验证这一趋势，我们合成了POEGMA20000-BBTD（Mn = 41900），它形成了 11.0 nm 的单分子胶束。POEGMA-BBTD 系列（POEGMA5000-、POEGMA10000-和 POEGMA20000-BBTD）的胶束尺寸与分子量呈线性相关。这些结果清楚地表明，我们的聚合策略能够对 NIR-II 荧光 π 共轭体系的水性组装尺寸进行精确和可调的控制。
POEGMA-BBTD单分子胶束的循环时间和肿瘤靶向能力可由分子量控制
由于 POEGMA-BBTD 单分子胶束的大小可以通过调节分子量来精确控制，我们接下来研究了胶束大小的调节是否会影响其代谢和生物分布特性。在体内应用之前，我们通过细胞毒性检测和常规血液分析，对POEGMA-BBTD和 PEG-BBTD 胶束在体外和体内的生物安全性进行了研究和证明。此外，还在注射后 24 小时内的多个时间点对小鼠进行了全身近红外-II 荧光成像。在注射了 4.5 nm 的 POEGMA5000-BBTD 的小鼠中，膀胱在注射后 12 分钟显示出强烈的近红外 II 荧光信号，该信号逐渐衰减，直至 24 小时后完全消失。此外，与膀胱相比，肝脏和其他组织中的荧光信号可以忽略不计。结果表明，POEGMA5000-BBTD 主要在肾脏代谢。值得注意的是，我们合成了更小的 3.4 nm POEGMA3000-BBTD 单分子胶束，其肾脏排泄和生物分布曲线与 POEGMA5000-BBTD 相似。相反，中型 POEGMA10000-BBTD 的成像结果表明，7.8 nm 的胶束主要通过肝脏代谢排泄，小部分通过肾脏代谢排泄。对于注射了 11.0 nm 的 POEGMA20000-BBTD 的小鼠，膀胱中没有可见荧光，但肝脏中的荧光更为明显，这表明与肾脏代谢小胶束相比，小胶束完全转向了肝脏代谢。此外，PEG5000-BBTD 和 PEG10000-BBTD 胶束（13.1 和 15.2 nm）显示出完全的肝脏代谢，根据肝脏中强烈的荧光信号，它们在肝脏中的蓄积更为显著。这些结果与之前的报道一致，即尺寸低于肾脏过滤阈值（≈ 6-8 nm）且抗血清蛋白结合的纳米材料可以很容易地通过肾小球过滤并迅速从尿液中排出。相反，大于 6 nm的纳米材料往往会逐渐被肝胆清除或被肝脏螯合而长期滞留。
此外，还比较了两种胶束的生物分布和肿瘤靶向特性。首先，测定了单分子胶束POEGMA5000-BBTD和POEGMA10000-BBTD的血液循环半衰期（t1/2）分别为0.2小时和12.2小时。此外，单分子胶束POEGMA10000-BBTD的t1/2明显长于PEG5000-BBTD（1.5小时）和PEG10000-BBTD（1.7小时）纳米聚集体的t1/2。由于POEGMA5000-BBTD可通过肾脏系统快速清除，因此在包括肿瘤在内的所有器官中的保留极少。根据小鼠注射后 192 小时切除的主要器官和肿瘤的荧光图像，POEGMA10000-BBTD 在肿瘤中的蓄积和保留率很高，而在其他主要器官中的保留率则低得多。相反，PEG10000-BBTD主要集中在肝脏和肺部，而在肿瘤中观察到的荧光非常低。在评估肿瘤靶向能力时，POEGMA10000-BBTD胶束的肿瘤-肝脏积累比率比PEG10000-BBTD高出5倍，尽管它们的分子量相当。该结果与之前的研究一致，基于EPR效应的肿瘤靶向中，靶向效率与血液循环时间呈正相关。
因此，我们可以得出结论，对于尺寸可调的单分子胶束，随着尺寸的增大，代谢途径会从肾脏代谢过渡到肝脏代谢。同时，POEGMA10000-BBTD 和 POEGMA20000-BBTD 在肝脏中的滞留率较低，导致其血液循环半衰期较长，这非常有利于肿瘤富集。相比之下，大尺寸的 PEG-BBTD 纳米团聚体在肝脏中的累积保留时间较短，导致血液循环时间短，肿瘤富集能力弱。
POEGMA-BBTD与PEG-BBTD在循环时间和肿瘤靶向能力方面的差异及其根本原因
我们进一步探讨了 POEGMA-BBTD 和 PEG-BBTD 在血液循环时间和肿瘤靶向能力方面存在显著差异的根本原因。尽管胶束尺寸相似，POEGMA20000-BBTD（11.0 nm）的半衰期（t1/2）却长得多，达到 15.5 h，而 PEG5000-BBTD（13.1 nm）的半衰期仅为 1.5 h。静脉注射纳米材料时，血液蛋白质会吸附在其表面，使其更容易被 MPS 中的吞噬细胞识别。不过，这些"隐形"特性的有效性取决于所用 PEG 的链长和密度。
为了阐明不同的界面行为，小鼠血清在 37 °C 下与胶束孵育，并通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）进行表征。泳道 1 至 6 分别代表与 POEGMA5000-BBTD、POEGMA10000-BBTD、POEGMA20000-BBTD、PEG5000-BBTD、PEG10000-BBTD 培养的血清，以及不含胶束的血清对照。与血清对照组相比，用 POEGMA-BBTD 胶束培养的血清中蛋白质条带的位置没有明显变化。与此相反，与 PEG-BBTD 胶束孵育的条带比血清对照组的条带流动性更快，而且还检测到了一些额外的条带。这表明 PEG-BBTD 与蛋白质之间发生了相互作用。此外，使用 NIR-II 荧光成像仪对 PAGE 凝胶进行成像，发现与 PEG-BBTD 胶束培养的蛋白质带中有来自 BBTD 的 NIR-II 荧光。相比之下，在与 POEGMA-BBTD 胶束培养的蛋白质带中检测到的 NIR-II 荧光极少。结果表明，与线性 PEG 相比，POEGMA 聚合物刷结构具有更强的立体阻碍作用，对蛋白质的耐受性更好。等温滴定量热分析进一步证实了这一结果。在滴定小鼠血清白蛋白的过程中，没有观察到 POEGMA-BBTD 胶束的热量变化，而 PEG-BBTD 胶束则表现出明显的放热反应。这一发现进一步证明，与 PEG-BBTD 相比，POEGMA-BBTD 能更有效地防止非特异性蛋白质相互作用。
随后，通过对肝组织冰冻切片进行免疫荧光（IF）分析，研究了胶束在肝脏中的亚器官分布情况。首先，由于 BBTD 在近红外-II 区发光，超出了一般 IF 分析的能力，因此用 BTD 取代了 BBTD。与以苯并双噻二唑受体单元为特征的 BBTD 相比，BTD 是用苯并噻二唑受体单元构建的，从而在可见光范围内发光。我们合成并鉴定了 POEGMA-BTD 和 PEG-BTD，它们的自组装行为与基于 BBTD 的胶束相似。POEGMA-BTD 单分子胶束在 475 nm波长处有最大吸收，在 620 nm波长处有最大发射。相反，通过 BTD 核心的 H 型 π-π 堆叠形成的 PEG-BTD nm聚集体在 ≈466 nm处显示蓝移吸收，在 630 nm处显示最大发射。此外，还分别给小鼠静脉注射了 POEGMA10000-BTD 和 PEG5000-BTD。注射后 72 小时收获肝脏进行冷冻切片和 IF 分析。鉴于 Kupffer 细胞（肝脏驻留的巨噬细胞）在过滤血源性纳米材料和限制全身循环方面的关键作用，我们分析了它们与注射胶束的相互作用。我们观察到，在肝脏中 POEGMA10000-BTD 的荧光明显低于 PEG5000-BTD，这是因为 POEGMA-BTD 的非特异性保留较低。此外，POEGMA10000-BTD 与肝细胞和 Kupffer 细胞的共定位系数分别为 0.396 和 0.524。相反，PEG5000-BTD 的共定位系数分别为 0.281 和 0.838。结果表明，PEG5000-BTD 胶束更容易被 Kupffer 细胞捕获。因此，我们的研究结果表明，POEGMA 聚合物刷可有效抵抗蛋白质吸附并逃避 MPS 清除，从而延长循环时间并增强肿瘤靶向性，同时将脱靶分布降至最低。相比之下，线性 PEG 无法为 NIR-II 染料提供足够的隐形保护，导致 MPS 介导的捕获并在吞噬细胞丰富的器官（如肝脏、脾脏和淋巴结）中蓄积。这种非特异性积聚不仅会影响肿瘤靶向效率，还可能引发免疫反应和细胞毒性。
广泛用途：小型POEGMA5000-BBTD微胶囊在肾功能异常诊断中的应用
由于我们通过构建单分子胶束实现了对近红外-II荧光染料的代谢途径和生物分布特性的精确控制，因此我们进一步探索了具有不同分子量和尺寸的POEGMA-BBTD胶束，以适应多样的生物成像应用。鉴于 POEGMA5000-BBTD 胶束具有高效的肾脏清除率，我们进一步将其应用于急性肾损伤（AKI）小鼠模型的实时监测，该模型是通过单侧肾动脉夹闭左肾 45 分钟而建立的。AKI 小鼠左肾的代谢功能明显受到抑制。与正常右肾相比，注射胶束 60 分钟后观察到左右肾的荧光强度比≈2.5。相比之下，健康小鼠的左右肾脏代谢平衡。因此，我们发现与健康小鼠相比，AKI 小鼠膀胱的尿量明显减少。值得注意的是，荧光信号在注射后 120 分钟仍在 AKI 小鼠膀胱中持续存在，而健康小鼠在此时间点通过肾脏代谢几乎完全排出胶束。这种长时间的滞留直接反映出 AKI 小鼠的肾脏代谢功能受损。此外，组织病理学分析和主要肾功能测试表明 POEGMA5000-BBTD 胶束对肾脏的毒性可以忽略不计。
广泛用途：诱导水屏蔽单体合成具有明亮近红外-Ⅱ荧光的P(OEGMA-co-BMA)7500用于灵敏的肿瘤和血管成像
另一方面，我们发现 POEGMA10000-BBTD 胶束具有较长的循环时间和优异的肿瘤靶向特性。然而，虽然避免了π-π堆叠引起的 ACQ 效应，POEGMA10000-BBTD 胶束的 FQY 仍相对较低，仅为 0.72%，这归因于染料激发态与周围水分子之间的电荷/能量转移导致的荧光淬灭。
具体来说，甲基丙烯酸苄酯（BMA）和 OEGMA 单体以 1:1 的摩尔进料比通过 RAFT 进行随机共聚，得到 P(OEGMA-co-BMA)7500，两种单体的聚合度均为 10（7500 是近似分子量）。最终产品 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 的胶束尺寸≈7.1 nm，与 POEGMA10000-BBTD 相似，表明 POEGMA-BBTD 的单分子胶束特性得以保留。还通过 SAXS 测定了 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 在 H2O 中的形态。结果表明，P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 在 H2O 中自组装成了小尺寸的球形胶束。与 POEGMA-BBTD 胶束不同的是，当 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 从 THF 转移到 H2O 时，其吸收光谱发生了轻微的红移（≈10 nm）。我们推测，苄基的堆叠相互作用可能会降低 BBTD 核心的分子扭转，从而使 BBTD 中的π-共轭程度更高。值得注意的是，P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 的 FQY 显著提高了 6.10%，比 POEGMA10000-BBTD 提高了 8.5 倍，比 PEG5000-BBTD 和 PEG10000-BBTD 分别大幅提高了 21.8 倍和 47.0 倍。这些结果表明，苄基在 BBTD 核心周围形成了一个疏水微环境，有效地屏蔽了 BBTD 与水分子的接触，从而显著提高了 FQY。针对体内成像应用，首先研究了 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 的药代动力学行为。P(OEGMAco-BMA)7500-BBTD 的循环时间较长，t1/2 为 11.7 h，与 POEGMA10000-BBTD 相当。此外，生物分布结果还显示，P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 胶束主要富集在肿瘤部位，肿瘤/肝脏荧光比为 2.8。通过调整聚合物刷中的线性聚合物以及分子量和组成的变化，P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 显示出更强的肿瘤靶向性和优异的近红外-II 荧光特性。此外，根据股动脉图像确定的血管成像结果显示，使用 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 作为成像剂可观察到较高的信噪比（SBR = 2.9），而 POEGMA10000-BBTD 的信噪比仅为 1.7。此外，P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 还能在 1319 nm滤光片下清晰显示脑血管系统。相反，使用 POEGMA10000-BBTD 作为成像剂则很难采集到高分辨率的脑血管成像。这些结果表明了我们的聚合策略的另一个优势：通过精确控制聚合物成分来调节胶束荧光特性的能力。结合已证明的调整药代动力学的能力，我们可以优化 BBTD 核心，使其在近红外-II 荧光成像中得到广泛应用。
结论
本研究表明，通过使用大体积聚合物刷战略性地构建单分子胶束，成功优化了近红外-II BBTD 荧光团的代谢途径和成像性能。通过将 BBTD 核心与 POEGMA 刷状聚合物或线性 PEG 链共轭，我们开发出了两种不同的两亲系统（POEGMA-BBTD 和 PEG-BBTD），其药代动力学和光物理性质可通过三个关键设计参数进行精确调整：1) 聚合物拓扑结构：事实证明，POEGMA 的刷结构在防止 π-π 堆叠方面优于线性 PEG，从而能够形成定义明确的单分子胶束，并将聚集程度降至最低。更重要的是，POEGMA 刷子对蛋白质吸附和巨噬细胞清除具有显著的抵抗力，因此与 PEG-BBTD 相比，胶束的肿瘤靶向效率提高了 5 倍（以肿瘤与肝脏的荧光比来量化），循环半衰期延长了 7 倍。2) 分子量控制：POEGMA-BBTD 胶束的流体力学直径与 POEGMA 分子量呈线性关系。这种尺寸可调性允许对代谢曲线进行系统优化，从而实现从监测肾功能障碍到肿瘤成像的定制应用。3) 成分工程：疏水性 BMA 单元的加入在 BBTD 核心周围形成了一个疏水微环境，从而产生了 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 胶束，其荧光量子产率大幅提高（6.10%），比 PEG-BBTD 同类产品提高了 47.0 倍。增强的肿瘤蓄积和卓越的 NIR-II 亮度的协同组合使 P(OEGMA-co-BMA)7500-BBTD 成为先进 NIR-II 荧光成像应用的理想候选物质。总之，这项工作为合理设计 π 共轭荧光团建立了一个多功能框架，可以系统地改变聚合物的结构、尺寸和成分，以满足特定的诊断要求。这些发现将为近红外 II 成像技术的临床应用提供一种新的材料设计范例。
参考文献
Universal NIR-II-Emitting Unimolecular Micelles with Tailorable Pharmacokinetic and Optical Properties for Adaptive Imaging,Shengxin Hou, GuiLing Fan, Ying Gu, Zhiyong Dong, Mengying Wang, Jia Huang,Heng Li, Liang Han, Hujun Qian, Feng He, Songnan Qu,* and Leilei Tian*,Adv. Mater. 2025, e09266,https://doi.org/10.1002/adma.20250926
