内容提要
（（6，7-二（噻吩-2-基）-[1，2，5]噻二唑并[3，4g]喹喔啉-4，9-二基）双（噻吩-5，2-二基））双（N，N-双（4-甲氧基苯基）苯胺）（IT-STPA）和4，4 '-（（6，7-二（呋喃-2-基）-[1，2，5]噻二唑并[3，4-g]喹喔啉-4，9-二基）双（噻吩-5，2-二基））双（N，N-双（4-甲氧基苯基）苯胺）（IT-OTPA），具有用于近红外II（NIR-II）的呋喃改性噻二唑并喹喔啉呋喃和噻吩修饰促进聚集诱导的发射，导致强荧光发射将IT-OTPA包封在纳米粒中以改善其水分散性，并与HSP 70抑制剂阿曲托唑（APZ）联用，制备了IT-OTPA纳米粒。在近红外激光照射下，OTAPZ纳米粒具有高效的肿瘤靶向性和有效的MTPTT，为肿瘤的治疗提供了一种新的途径，即通过平衡光热和荧光特性来增强MTPTT，为肿瘤治疗提供了新的可能性。
合成与表征
在本研究中，通过将呋喃和噻吩分别引入噻二唑并喹喔啉核心，开发了新的电子受体 OTPA 和 STPA，并在与强供体 IT 形成 D-A-D 型荧光团后，对其性质进行了比较。IT-PA、IT-STPA 和 IT-OTPA 在 THF 中的吸光度和荧光强度曲线，其最大吸收 / 发射波长分别为 854/1110、823/1096 和 837/1110 nm。IT-PA 表现出最长的荧光波长，这与最小的 LUMO 带隙相关，而 IT-STPA 由于最大的 HOMO-LUMO 带隙，波长最短。正如预期，IT-OTPA 表现出中间的吸收和发射波长。为了进一步研究这些荧光团在聚集态下的荧光性质，在不同水体积分数fw的 THF/H₂O 混合物中检测了这些分子的发射光谱。随着fw的增加，IT-PA、IT-STPA 和 IT-OTPA 的荧光强度降低，这可能是由于聚集态下分子间 π-π 堆积所致，这与典型的聚集导致荧光猝灭（ACQ）材料一致。然而，IT-STPA 和 IT-OTPA 的荧光强度下降幅度较小，表明噻吩和呋喃的修饰改变了分子特性。为了研究这些荧光团在近红外 II（NIR-II）区域的生物成像潜力，在水介质中检查了它们的光学性质。显示了 IT-PA NPs、IT-STPA NPs 和 IT-OTPA NPs 在水中的吸收和发射光谱。IT-PA NPs、IT-STPA NPs 和 IT-OTPA NPs 的最强吸收 / 发射波长分别为 836/1084、811/1096 和 823/1085 nm。值得注意的是，每种类型的纳米颗粒的所有发射波长均落在 NIR-II 光谱范围内。PA NPs、ST NPs 和 OT NPs 在 900-1400 nm 区域的荧光量子产率（FQY）分别为 0.35%、0.72% 和 1.13%，这可归因于 IT-STPA 和 IT-OTPA 的聚集诱导发射（AIE）特性。
光物理性质
IT-PA、IT-STPA 和 IT-OTPA 的光热转换效率（PCE）分别为 23.5%、37.4% 和 48.5%，表明 IT-OTPA 在三种材料中表现出最佳的光热性能。总重组能代表激发态返回基态时释放的能量，该重组能可分解为各振动模式的贡献。HR 因子反映了分子通过与各振动模式相关的非辐射跃迁返回基态的概率。IT-OTPA 和 IT-STPA 在低频振动区域（<200 cm⁻¹）的重组能占比分别达到 42.3% 和 34.6%。这表明这些分子的重组能主要集中在非辐射跃迁概率高且能量显著的区域，振动模式主要涉及三苯胺和呋喃或噻吩单元。这些结果支持了 IT-OTPA 和 IT-STPA 均具有高效非辐射跃迁路径的理论预测，从而有助于其强大的光热转换能力。IT-OTPA 和 IT-STPA 的非辐射跃迁速率分别为1.35×1011和1.02×1011s-1，与观察到的光热性质一致。随后，将 IT-OTPA 与两亲分子 DSPE-PEG2000 封装，并研究其稳定性和光热性质。在水性体系中，OT NPs 的 PCE 在 808 nm 激光照射下测量。通过在 808 nm 激光照射下进行五次连续的升温和降温循环来评估纳米颗粒的稳定性，并在 0.2 至 0.8 W 的功率水平下检查光热行为。温度随着激光功率和纳米颗粒浓度的增加而升高，证明了 OT NPs 优异的光热性能和稳定性，使其在光热治疗中具有巨大的应用潜力。
纳米颗粒的制备
为了系统研究 IT-OTPA 和 HSP70 抑制剂 APZ 在细胞中的光物理性质和生物学功能，将这两种化合物封装在 DSPE-PEG2000 中，形成 OTAPZ NPs。透射电子显微镜观察显示，OTAPZ NPs 具有均匀的球形纳米结构，流体力学直径逐渐减小。动态光散射测量证实，纳米颗粒在水中分散良好，平均流体力学直径为 174.5 nm，多分散指数为 0.180，这有利于增强的渗透和滞留效应。此外，OTAPZ NPs 表现出 - 31.8 mV 的负表面电荷。这种高负表面电荷有助于 OTAPZ NPs 在体内的胶体稳定性和延长循环时间，使其适用于光疗和荧光成像应用。OTAPZ NPs 的紫外 - 可见 / 近红外吸收 / 荧光发射光谱显示吸收区域为 600-900 nm，最大吸收在 823 nm 处。OTAPZ NPs 的吸收和发射光谱显示吸收峰蓝移，表明纳米颗粒内的分子间相互作用和限制效应有助于调节其光学性质。为了评估 OTAPZ NPs 在照射下的稳定性，将纳米颗粒用 808 nm 光照射 0 至 15 分钟，并与 ICG 的光学性质进行比较。照射后，OTAPZ NPs 的吸光度和尺寸变化极小，并在室温下储存 7 天内保持胶体稳定性。这些发现表明，OTAPZ NPs 具有优异的光学和胶体稳定性，使其成为治疗和成像应用的潜在候选材料。
体外光热治疗性能评估
为了评估不同组别的治疗效果，采用流式细胞术对经不同纳米组分处理的 4T1 细胞进行凋亡分析，随后用近红外激光照射 5 分钟。与其他组相比，OTAPZ NPs 组显示出最高的凋亡率（92.00%）包括 PBS（0.2%）、PBS+NIR（0.63%）、APZ NPs（1.43%）、APZ NPs+NIR（0.89%）、OT NPs（1.25%）、OT NPs+NIR（60.7%）和无 NIR 照射的 OTAPZ NPs（3.16%），在相同激光照射条件下。这些结果表明，OTAPZ NPs 显著增强了促凋亡效应。具体而言，OTAPZ NPs 诱导的凋亡百分比高于 OT NPs，这可能是由于刺激细胞中 HSP70 的靶向抑制。相比之下，其他组在无 NIR 照射下显示出最小的凋亡。此外，为了证明其潜在的治疗用途，使用 CCK-8 测定法评估了 APZ NPs、OT NPs 和 OTAPZ NPs 的生物相容性和体外光热功效，以深入了解其细胞毒性和细胞存活率。即使 OT NPs、APZ NPs 和 OTAPZ NPs 的浓度增加至 100 μmol/L，在无 NIR 照射下对 4T1 细胞的细胞毒性可忽略不计，突出了纳米颗粒优异的生物安全性。在激光照射（808 nm，1 W/cm²）下，随着 OTAPZ NPs 浓度的增加，它们比 OT NPs 表现出更显著的性能，尤其是在诱导癌症热疗方面。进行活 / 死细胞实验以确认 OTAPZ NPs 的细胞杀伤能力。将 4T1 细胞在培养皿中与 PBS、50 μmol/L OT NPs、APZ NPs 和 OTAPZ NPs 培养 6 小时，有或无照射。然后将细胞分为八组，并用 PI / 钙黄绿素染色 20 分钟。染色后，OTAPZ NPs+NIR 组由于 PI 显示出显著的红色荧光，而用 PBS、APZ NPs（有或无 NIR）和 OT NPs（无 NIR）处理的对照组显示较弱的荧光。这些结果与 CCK-8 测定数据一致，进一步证实了 OTAPZ NPs 在无照射下的生物相容性和功效。随后研究了在 MTPTT 条件下 4T1 细胞中 HSP70 的表达。照射后，用 OT NPs 处理的细胞中 HSP70 表达显著增加，表明 MTPTT 诱导了 HSP70 的产生。相比之下，用 OTAPZ NPs+NIR 处理的细胞中 HSP70 的表达显著降低。这种减少表明，HSP70 抑制剂 APZ 在 MTPTT 治疗期间有效抑制了 HSP70 的表达，证实了 APZ 在 MTPTT 过程中抑制 HSP70 表达的能力。最后，用 OTAPZ NPs 处理 MC38 和 HeLa 细胞模型证实了 OTAPZ NPs 的通用性。在 CCK8 实验中，随着 OTAPZ NPs 浓度从 0 增加到 100 μmol/L，MC38 和 Hela 细胞显示出明显的凋亡。
体内近红外 II 成像
OTAPZ NPs 在体外近红外 II 窗口（1000-1400 nm）中令人印象深刻的亮度和光热转换效率促使我们研究其在体内的可行性。在小鼠皮下乳腺癌模型中进行了近红外 II 成像。通过尾静脉注射 OTAPZ NPs 水溶液（200 μL，浓度 200 μmol/L）后，使用商用成像系统在 808 nm 激光照射下评估 OTAPZ NPs 的荧光成像性能。注射后 0、0.5、1、2、8、12 和 48 小时记录 4T1 荷瘤小鼠的荧光图像。在初始时间点（0 小时），使用 1000 nm 长通滤光片时，近红外 II 荧光成像强度非常弱，背景干扰最小。注射后 2 小时，在皮下 4T1 肿瘤部位观察到清晰的荧光信号。荧光强度逐渐增加并在 8 小时达到峰值，表明这是后续体内光疗的最佳时间点。8 小时后，肿瘤部位的荧光强度在长达 24 小时内保持高水平。实验结束时，收获重要器官（心脏、脾脏、肝脏、肺和肾脏）和肿瘤进行离体荧光成像。生物分布分析显示，OTAPZ NPs 主要聚集在肿瘤部位，尽管大部分纳米颗粒保留在单核吞噬细胞系统（肝脏和脾脏）中。这证实 OTAPZ NPs 具有良好的肿瘤靶向特性，并在肿瘤部位长期滞留，表明其在成像和治疗应用中的潜力。
体内光热治疗
在 4T1 荷瘤小鼠中进一步评估 OTAPZ NPs 的动物治疗能力。皮下接种 4T1 细胞后，将这些小鼠随机分为八组（每组 n=4），并分别静脉注射 PBS、APZ NPs、OT NPs 和 OTAPZ NPs。实验开始后 8 小时，对 PBS+NIR、APZ NPs+NIR、OT NPs+NIR 和 OTAPZ NPs+NIR 组在肿瘤部位进行照射（808 nm，0.5 W/cm²）5 分钟。在不同时间间隔记录活体小鼠的红外热图像，以监测温度变化。用 PBS+NIR 和 APZ NPs+NIR 处理的肿瘤温度几乎没有升高，表明仅近红外光对肿瘤生长影响很小，这与体外 CCK8 实验结果一致。相比之下，注射 OT NPs 和 OTAPZ NPs 的小鼠肿瘤区域在激光照射后观察到明显的温度升高，暴露 1 分钟后温度达到约 42°C。这种适度的温度非常适合抑制肿瘤，同时保护周围组织。这些结果证实了 OTAPZ NPs 在近红外 II 照射下的显著光热响应。
接下来，通过连续监测温和光热治疗后 14 天的肿瘤体积，评估三种纳米颗粒的治疗效果。PBS+NIR、APZ NPs 和 APZ NPs+NIR 组的肿瘤体积与 PBS 组相似，证实这些治疗对肿瘤生长的影响可忽略不计。相比之下，OTAPZ NPs 和 OT NPs 在激光照射后的前 4 天显著减缓了肿瘤生长。然而，只有 OTAPZ NPs 治疗在 14 天内显示出持续的肿瘤抑制，而 OT NPs 治疗的效果随时间下降。这些结果表明，OTAPZ NPs 在抗肿瘤疗效的持久性和治疗效果方面优于 OT NPs。
总结
以呋喃修饰的噻二唑并喹喔啉作为新型光热剂，成功设计了具有D-A-D结构的T-OTPA，该设计使染料在近红外-II区的PCE和CO2-Y得到平衡增强，D-A-D结构优化了染料的电子性质，赋予其高效的光吸收和光热转换能力，并且呋喃和噻吩基团的掺入显著增强PCE，而不损害1000和1400 nm之间的强荧光发射。这种双重增强不仅提供了通过MTPTT的有效肿瘤治疗方法，而且还提供了真实的-通过将IT-OTPA封装到纳米颗粒中，并将所得OT纳米颗粒与HSP 70抑制剂APZ组合以形成OTAPZ纳米颗粒，建立了用于PTT和FLI的有效平台
参考文献
Donor–Acceptor–Donor Structured Dyes with Balanced Photothermal Conversion Efficiency and Fluorescence Quantum Yield for Near-Infrared–II Mild-Temperature Photothermal Therapy,Xuan Sun , Zuyuan Zhang , Chunbai Xiang , Tianhe Qiao, Xin Wang , Gongcheng Ma , Dan Ding,Nano Biomed. Eng., 2025,https://www.sciopen.com/journal/2150-5578
