内容提要
在这项工作中，我们合成了一种光敏剂 TPBBT，它包含一个强吸电子单元苯并双噻二唑和四个末端吡啶鎓基团。它自组装形成混合的 H/J 聚集态，最大吸收峰在 620nm 处，但与带负电的平面小分子共组装时会形成单一的 J 聚集体。我们将 TPBBT 与大黄酸（一种具有抗癌活性的平面阴离子中药）共组装，这使得 TPBBT 的最大吸收峰发生了近 100nm 的红移，并将 TPBBT 在 808nm 激光照射下的光热转换效率（PCE）从 6.4% 提高到 60.4%。此外，与 TPBBT 共组装通过光热效应显著增强了大黄酸的细胞摄取。TPBBT 和大黄酸的共组装体（TPBBTein）可以完全消除小鼠模型中的 4T1 肿瘤，这证实了这种简便的策略不仅可以通过分子共组装调节阳离子光敏剂的近红外 J 聚集体，还能促进光热疗法和化疗的高效协同结合。
TPBBT 的合成与表征
TPBBT具有D−π−A−π−D结构，由三苯胺的给电子单元、苯并双噻二唑的吸电子单元和末端甲基吡啶鎓基团三部分组成。苯并双噻二唑的平面结构可以促进分子间的π−π堆积，三苯胺部分还赋予TPBBT聚集诱导发射（AIE）的特征，这是由于其螺旋桨-相似的分子结构。为了表征TPBBT的光学性质，我们测量了其紫外-可见（UV-维斯）吸收和光致发光（PL）光谱。TPBBT在水溶液（10 μM）中显示出中心位于620 nm的吸收峰，摩尔消光系数为11，000 L·mol−1 ·cm−1。随着TPBBT浓度的增加，当TPBBT浓度超过100 μM时，TPBBT的吸收峰略有红移，达到640 nm，可能归因于TPBBT的聚集。有趣的是，当TPBBT浓度为10 μM时，TPBBT在PBS中的吸收峰位于670 nm处，TPBBT的最大吸收波长随TPBBT浓度的增加而保持不变，这表明TPBBT在PBS中处于聚集状态。此外，TPBBT在甲醇中的最大吸收波长为620 nm，但当存在氯仿/甲醇v/v比大于1：2的不良溶剂氯仿时，TPBBT的最大吸收波长增加至640 nm。为了进一步研究TPBBT的红移现象，我们采用氯仿/甲醇混合溶剂缓慢蒸发法获得了TPBBT的单晶，并测定了晶体结构（CCDC：2381352）。在该溶液中，当TPBBT浓度增加时，最大吸收波长保持不变，在640 nm处，这表明TPBBT的分子组装在溶剂蒸发过程中保持不变，TPBBT的晶体结构具有较高的占有率TPBBT的分子长度为25.702 nm，从晶体结构上看，苯并双噻二唑部分呈现高度共轭的平面几何构型。
分子共组装对TPBBT吸收的深色位移
TPBBT的H/J混合聚集体在自组装过程中发生了轻微的红移，这促使我们通过分子共组装来接近TPBBT的唯一J聚集体，这有望使其最大吸收波长进一步红移。由于TPBBT具有带端正电荷的平面核结构，我们假设平面阴离子分子与TPBBT共组装时会影响TPBBT的分子堆积。当我们用平面阴离子分子，包括1-芘丁酸（PyBA），9，10-蒽二基双亚甲基二丙二酸（ABDA）、萘-2-磺酸（NaSA）和大黄酸，TPBBT的最大吸收波长可增加到700 - 730 nm，超过100 nm的红移，表明这些分子可以有效地帮助多阳离子TPBBT的有序排列以接近J-聚集体。动态光散射（DLS）实验表明，在TPBBT与这些分子的混合溶液中存在纳米颗粒，这意味着TPBBT和带负电荷的平面分子之间已经形成了聚集体。此外，当用PyBA滴定时，TPBBT溶液在830 nm处的荧光强度逐渐增加，通过其AIE特征进一步证实了TPBBT的聚集性。
相反，当我们用四丁基碘化铵（TBAI）和溶菌酶等阳离子分子滴定TPBBT溶液时，TPBBT的吸收峰显示出可忽略的变化，表明TPBBT不与这些分子相互作用。中性平面和阴离子分子不能影响TPBBT的吸收峰，为了进一步证明静电相互作用的效果，我们将TPBBT的中性前体（化合物IV）与大黄酸混合，并且没有观察到TPBBT的红移。记录TPBBT在不同浓度的带负电荷的平面分子下的吸收峰，以评估这种共组装驱动的红移过程。随着TPBBT与带负电荷的平面分子的摩尔比增加，TPBBT的最大吸收峰逐渐增加并达到平台，这表明形成了良好排列的TPBBT分子。更有趣的是，在TPBBT和带负电荷的共面分子之间观察到的红移是可逆的。当混合溶剂中DMSO的量达到20%时，TPBBT的最大吸收开始下降，并回落至620 nm当将DMSO加入TPBBT-NaSA和TPBBT-大黄酸混合溶液中时，观察到类似的结果，结果表明，DMSO能有效地分解TPBBT形成的聚集体，的TPBBT后，加入带负电荷的共面小分子的归因于通过动态弱相互作用的水溶液中的聚集体的形成。
TPBBT与大黄酸共组装形成J-聚集体
TPBBT的近红外光谱红移激发了我们对TPBBT与带负电荷的共面小分子共组装过程的分子机制进行全面的研究，以提高生物相容性和肿瘤治疗效果为目的，研究了TPBBT与大黄酸（一种从大黄中提取的具有多种生物活性的中药）的聚集体，利用WeSPR One生物传感器构建的亲和力评估能够评估TPBBT与大黄酸的结合活性。计算的解离平衡常数（KD）为69 μM，这表明TPBBT与大黄酸之间的亲和力适中。为了阐明共组装过程，我们首先进行了一系列光谱研究。随着大黄酸在乙腈和水（2/8 v/v）混合溶液中浓度的增加，TPBBT的吸收峰经历了逐渐的红移，表明形成了TPBBT聚集体。缓慢蒸发该溶液中的溶剂产生黄绿色针状晶体，其吸收光谱与溶液的吸收光谱相匹配。
TPBBTein增强TPBBT的光热转化和细胞对大黄酸的摄取
TPBBTein在近红外区的增强吸收预示着其抗癌应用的潜力增加。为了验证这一点，我们首先检查了TPBBT在808 nm处的光稳定性。TPBBT在水溶液中的吸收峰在连续激光照射下表现出最小的变化，表明其具有高的光稳定性。作为比较，商业PS吲哚菁绿色（ICG）的吸光度在仅仅2分钟内经历了近90%的降低。为了证实TPBBTein的光热性质，监测了TPBBTein和TPBBT在用808 nm激光照射时的温度变化如图所示，TPBBT溶液在808 nm激光照射10 min后，其自身温度升高小于10 °C，加入BSA可使TPBBT溶液的温度略微升高至46 °C竞争实验表明，作为体内分布最广的生物材料之一，BSA与TPBBT的结合亲和力小于PyBA，因此对TPBBTein共组装体系的影响不大然而，TPBBTein溶液表现出快速的温度升高，TPBBTein的光热效应与浓度有关，并通过红外热成像记录。计算出TPBBTein在808激光照射下的光热转换效率（PCE）为60.4%，是TPBBT的10倍。此外，TPBBT和TPBBTein在808 nm激光照射下对于五个重复加热-冷却循环表现出优异的热稳定，证明了高的耐光漂白性。增加激光功率密度也放大了TPBBTein的光热效应，当暴露于2.5 W cm-2的808 nm激光10 min时，TPBBTein的温度可达到70 °C。
为了评估TPBBTein抑制癌细胞增殖和迁移的能力，我们采用划痕试验来评估不同处理条件下细胞覆盖的相对面积用TPBBTein或单独的TPBBT处理HeLa细胞显示出对细胞增殖和迁移的适度抑制作用。TPBBTein和808 nm照射对细胞增殖和迁移的影响（“TPBBTein+L”）几乎完全被抑制。通过3-甲基-1，3-二氢吲哚-4-酮（3-methyl-tetrahydrofuran）的3-甲基-2-（3-）测定进一步评估TPBBTein的抗癌效率。（4，5-二甲基噻唑-2-基）-2，5-二苯基溴化四氮唑（MTT）测定在用TPBBT或TPBBTein（<20 μM）处理后，HeLa细胞的相对活力降低约20%，在没有808 nm照射的情况下。在808 nm照射下，浓度为20 μM的TPBBT可以消除60%的HeLa细胞。作为比较，当TPBBTein含有20 μM TPBBT时，在相同照射下可以消除80%以上的HeLa细胞。大黄酸作为一种具有多种生物学效应的中药，其本身的细胞毒性可以忽略不计。由于温度升高可导致渗透性和流动性以及细胞药物摄取的增加，我们研究了TPBBTein的光热效应对细胞摄取大黄酸的影响。在不同温度下处理HeLa细胞10 min后，50 °C时大黄酸的相对荧光强度显著增加，是44 °C时的2.5倍。这种增强意味着TPBBTein的PTT效应可以促进大黄酸的摄取并增强化疗的功效。因此，TPBBTein确实实现了双重功能。首先，TPBBTein通过与大黄酸形成的J-聚集体，使TPBBT的吸收波长发生红移，产生良好的光热效应，其强大的光热性能也使其能够促进细胞对大黄酸的摄取，增强化疗的疗效。总之，TPBBTein能够在较短的孵育时间内有效地消融肿瘤细胞，显示出协同NIR PTT和化疗的巨大潜力。
通过TPBBT启用的PTT和化疗的超有效组合的肿瘤消融
我们首先通过将TPBBTein注射到4 T1荷瘤小鼠体内来检测TPBBTein在体内的积累，以验证其AIE特性，肿瘤区域的近红外荧光成像显示可忽略的背景干扰，而TPBBT和TPBBTein在注射后在肿瘤部位上显示出比背景显著更强的荧光。将注射PBS、TPBBT或TPBBTein的小鼠暴露于808 nm激光（1.0 W cm−2）10 min。注射PBS的小鼠的光热图像仅显示出7.4 ℃的温度升高。相比之下，TPBBT肿瘤区域的温度-这种光热效应可能是由于TPBBT与生物组分相互作用引起的聚集。用TPBBTein处理的小鼠显示出更明显的温度升高25.4 °C，与其在NIR区域的增强吸收一致。连续监测接受不同治疗的4 T1荷瘤小鼠的肿瘤体积20天。注射PBS的小鼠的肿瘤在有或没有808 nm激光照射的情况下快速生长。此外，大黄酸、TPBBT和TPBBTein在没有808 nm激光照射的情况下都不能抑制肿瘤生长。在808 nm照射时，用TPBBT处理的小鼠的肿瘤生长最初被抑制（TPBBT+L），但是五只小鼠中的四只在10天后开始复发作为比较，接受TPBBTein治疗的小鼠上的肿瘤在808激光照射后被完全消融。（TPBBTein+L），在20天期间没有任何复发，证明了PTT和化疗的有效协同作用，不仅通过增强的PTT直接杀死肿瘤细胞，而且大黄酸可以消除肿瘤细胞，通过治疗后第20天解剖的肿瘤的重量和大小证实了通过照射TPBBTein的肿瘤消融。此外，在治疗后24小时，肿瘤组织的苏木精和伊红（H&E）染色显示TPBBT+ TPBBT小鼠的肿瘤组织中存在致命损伤。L组和TPBBTein+L组均未见明显的组织病理学改变在第20天的肿瘤组织的H&E染色证明了仅在TPBBTein+L组中的小鼠的肿瘤组织中的致命损伤。
总结
我们合成了一种具有D-A-D核结构和四个吡啶端基的多阳离子PS TPBBT，随着其浓度或不良溶剂分数的增加，它自组装成混合H/J聚集态，其吸收峰轻微红移，显著地，TPBBT与带负电荷的平面小分子如大黄酸共组装，可以将其聚集状态调整为唯一的J聚集体，利用阳离子和TPBBT的D-A-D基序的平面结构。这种策略不仅能够使TPBBT的最大吸收红移近100 nm，而且还可以促进共组装大黄酸的细胞摄取。PTT和TPBBT的超有效组合通过分子共组装的化学疗法已经通过完全消除小鼠上的4 T1肿瘤而得到验证。未来的工作调查这一战略的转化潜力正在进行中。
参考文献
Tuning the Near-Infrared J-Aggregate of a Multicationic Photosensitizer through Molecular Coassembly for Symbiotic Photothermal Therapy and Chemotherapy,Zhenyan He, Yuting Gao, Zhen Huang, Minle Zhan, Sidan Tian, Fang Fang, Dan Zhao, Zhong’an Li,* Fanling Meng, Ben Zhong Tang,* and Liang Luo*,ACS Nano 2025, 19, 10220−10231,https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17582
