内容提要
本项工作设计了一种新的共轭聚合物（CP），并通过聚乙二醇化构建了一个集成的纳米平台（CPN-PEGnk, n = 2或5）与物理封装的纳米颗粒相比，CPN-PEG5k在近红外吸收中表现出红移，同时NIR- ii荧光强度显著增加（高出2.97倍）（F127@CPN）。CPN-PEG5k光热转换效率高达58.6%。CPN-PEG5k特殊的NIR-II成像性能在小鼠的详细血液循环成像中得到验证，信本比为8.9。在乳腺癌小鼠模型中，CPNPEG5k成功根除肿瘤并刺激免疫反应，有效抑制肿瘤进展和转移。
CP的设计、合成和表征
从合成含溴噻吩的卟啉单体M1开始， M1对应的核磁共振波谱如图所示。接下来，M1单体通过Stille反应与2,5-二（2-乙基己基）-3,6-二（5-三甲基锡基）吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮（M2）和2,6-二溴-4,4-二十二烷基- 4hcyclopenta [2,1-b:3,4-b ']二噻吩（M3）偶联，得到共轭聚合物（CP）。CP在740 nm处有一个显著的吸收峰，在808 nm处也有显著的吸收峰。当被808 nm激光激发时，CP在NIR-II区强烈发射，在1095 nm处有一次发射峰。我们观察到CP的荧光发射强度随着浓度的增加而增加，具有明显的浓度依赖性。考虑到CP的宽吸收峰和650 ~ 830 nm的平吸收峰，我们考察了4种不同激光（660、755、808和915 nm）和不同滤光条件下CP的荧光强度，详细研究了这一特性。如图所示，808 nm激光照射下CP的荧光强度明显高于660 nm、755 nm和915 nm。
CP纳米颗粒的构建及荧光发射特性研究
虽然CP在NIR-II成像中表现出良好的前景，但CP的大平面π体系往往导致高疏水性和聚集引起的猝灭（ACQ）效应。为了提高CP的水溶性和生物相容性，采用了两种方法。第一种方法涉及聚乙二醇化：利用五氟苯基在CP和巯基的卟啉部分的反应性，构建具有不同长度PEG链（PEG2k或PEG5k）的CP- pegnk并自组装成CP纳米颗粒（CPN-PEG2k和CPN-PEG5k）。第二种方法是将CP与Pluronic F127 （PEO-b-PPO-b-PEO）物理共组装以制备纳米颗粒（F127@CPN）。利用动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）对这三种纳米组件的形貌和粒径进行了分析。如图所示，CPN-PEG2k和CPN-PEG5k的平均尺寸分别为77.8 nm和84.8 nm，而F127@CPN的平均尺寸为94.2 nm。3种纳米组件的尺寸分布均匀，多分散性指数（PDI）均不超过15%，表明它们具有良好的分散性。CPN-PEG2k、CPN-PEG5k和F127@CPN的TEM图像显示出均匀的球形形貌。此外，CPN-PEG2k（−13.1 mV）、CPN-PEG5k（−16.3 mV）和F127@CPN（−12.2 mV）的表面电荷均呈现负zeta电位。F127@CPN在652nm处有一个显著的吸收峰，而CPN-PEG2k和CPN-PEG5k的最大吸收峰分别在689 nm和700 nm处。与CP相比，所有三种纳米组件都表现出不同程度的蓝移（F127@CPN约88 nm， CPN-PEG2k约51 nm， CPN-PEG5k约40 nm）。另一方面，CPN-PEG2k和CPNPEG5k在650 ~ 850 nm之间表现出更宽的吸收范围。值得注意的是，CPN-PEG5k在808 nm处的吸收比其他两种纳米组件更强。在808 nm激光照射下，对三个纳米组件的荧光发射进行了表征。三种纳米组件均表现出相似的NIR-II荧光发射谱，而CPN-PEG5k的荧光发射谱明显强于F127@CPN和CPN-PEG2k，分别高出2.97倍和1.20倍。这一结果与三个纳米组件的荧光图像相对应。此外，在不同浓度下，CPN-PEG5k的荧光发射明显强于CPN-PEG2k和F127@CPN）。这可归因于PEG作为侧链的引入，减少了π-π堆叠相互作用，减轻了聚集引起的猝灭（ACQ）效应。因此，CPN-PEG2k和CPNPEG5k的荧光发射均优于F127@CPN，其中CPN-PEG5k由于其PEG链较长，荧光强度最高。此外，PEG链有助于屏蔽供体-受体-供体（D-A-D）荧光团CP与水分子之间的相互作用，最大限度地减少能量损失，进一步增强荧光发射。综上所述，CPN-PEG5k在三个纳米组件中表现出最好的荧光发射特性，有利于NIR-II荧光成像。
CPNPEG5k对小鼠后肢血管进行荧光造影
我们以Balb/c裸鼠后肢为实验对象，探讨CPN-PEG5k在血管造影中的应用潜力。实验前，在细胞和动物水平上评估CPN-PEG5k的生物相容性。细胞实验表明CPN-PEG5k无明显毒性。体内血液试验表明，CPN-PEG5k对小鼠肝功能的影响很小。这些结果都表明CPN-PEG5k具有良好的生物相容性。将200 μL PBS CPN-PEG5k溶液（2 mg mL−1）静脉注射到裸鼠体内，立即在NIR-II区成像（808 nm激光，1300 nm LP滤光片，曝光时间50 ms）。如图所示，采用CPN-PEG5k的高分辨率NIR-II血管造影清晰区分股动脉（红色箭头）和静脉（蓝色箭头）。相应的截面强度分布图显示出尖锐的峰值。我们确定了两条主要股血管的峰值，并将其与高斯函数拟合，测量血管直径约为0.179 mm（股动脉）和0.146 mm（股静脉）。此外，高分辨率NIR-II血管造影清晰显示股动脉分支出3条小动脉。横切面强度分布图3呈尖峰状，显示动脉分支直径（0.115、0.072和0.123 mm）。这些结果表明，CPN-PEG5k可以实现高空间分辨率（约70 μm）的血管成像。
用于深部器官灌注和生命体征监测的 CPN-PEG5k 近红外二区高分辨率动态成像
在通过尾静脉注射 CPN-PEG5k（浓度为 2 毫克 / 毫升，200 微升）后 0.42 秒，在小鼠腹部视角下，心脏首先显现出荧光。大约 0.85 秒后，来自肺叶的近红外二区荧光信号出现，随后在注射后约 3.66 秒和 15.65 秒时，肠系膜和肝脏也分别显现出荧光信号。随着 CPN-PEG5k 在体内循环时间的增加，在注射后约 11.28 秒时，可以观察到清晰的腹部皮下血管网络。在小鼠背部视角下，肺叶首先显现出荧光，随后是肾脏、肠道、脊柱以及背部的皮下血管网络。各器官的荧光显现时间也可以通过强度 - 时间曲线来呈现。值得注意的是，在尾静脉注射 CPN-PEG5k（浓度为 2 毫克 / 毫升，200 微升）24 小时后，对小鼠实施安乐死，并取出其主要器官进行分析。观察发现，CPN-PEG5k 主要积聚在肝脏中，这与图 中荧光信号所显示的器官灌注结果一致。综上所述，CPN-PEG5k 展现出了近红外二区高分辨率动态成像的能力，其肺部和全身循环过程与先前的研究报告一致。
CPN-PEG5k 的体内抗肿瘤性能
鉴于 CPN-PEG5k 在体外展现出显著的抗肿瘤效果，我们进一步探究了它在 4T1 荷瘤小鼠体内的治疗性能。在接种肿瘤 10 天后（此时肿瘤体积约为 100 立方毫米），将小鼠随机分为 6 组（每组 5 只）：分别为 PBS 组（I）、PBS+750 纳米激光组（II）、PBS+808 纳米激光组（III）、CPN-PEG5k 组（IV）、CPN-PEG5k+750 纳米激光组（V）以及 CPN-PEG5k+808 纳米激光组（VI）。在第 0 天、第 2 天和第 4 天，向荷瘤小鼠的肿瘤内注射 CPN-PEG5k（200 微升，浓度为 180 微克 / 毫升）。接受激光照射的组在注射 CPN-PEG5k 两小时后，接受 750 纳米或 808 纳米的激光治疗（功率为 200 毫瓦 / 平方厘米，照射时长 2 分钟）。每隔一天监测肿瘤体积。典型的肿瘤图像和定量分析结果表明，CPN-PEG5k+808 纳米激光组的肿瘤生长受到了明显抑制。经过激光照射后，肿瘤几乎完全消融，并且在监测期间未观察到明显的复发情况。CPN-PEG5k+750 纳米激光组的平均肿瘤体积在第 14 天达到了 69.9 立方毫米，相比 PBS 组的 586.9 立方毫米仍小得多。图展示的平均肿瘤重量也证实，接受 CPN-PEG5k 联合激光治疗的小鼠，其肿瘤比其他对照组小很多。
总结
我们成功开发了一种新型的近红外可激活一体化纳米平台 CPN-PEG5k，用于高分辨率近红外二区荧光成像和高效光疗。与通过两亲性 F127 纳米沉淀法合成的 F127@CPN 相比，CPN-PEG5k 的近红外吸收增强（红移 48 纳米），近红外二区荧光发射显著增强（为原来的 2.97 倍 ）。此外，与常用的吲哚菁绿（ICG）染料相比，CPN-PEG5k 具有更优异的光稳定性和亮度，能够实现荧光血管造影、器官灌注评估和生命体征监测等体内精确成像任务。同时，CPN-PEG5k 具有出色的光热转换效率（η = 58.6%）和活性氧生成能力，在 4T1 荷瘤小鼠模型中可通过有效的光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）消融肿瘤。此外，体内研究表明，808 纳米激光照射的 CPN-PEG5k 能够诱导强烈的免疫激活，抑制肿瘤生长和转移。
参考文献
An all-in-one PEGylated NIR-II conjugated polymer for high-resolution blood circulation imaging and photothermal immunotherapy,Jiahao Zheng , Bin Wu ,Fengxiang Xu ,Tongtong Shan ,Xiuyi Li ,Jia Tian **, Weian Zhang*,Biomaterials 317 (2025) 123107,https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123107
