内容提要
光热疗法(PTT)因能有效避免高温肿瘤消融带来的严重副作用而备受关注。然而，高性能光热剂(PTAs)的有限可用性以及热休克反应诱导的癌细胞的耐热性阻碍了其进展。在此，本研究提出了一种新的策略来扩展高性能有机小分子pta库，并利用它来构建多功能纳米治疗平台。通过添加受体和适当的
，制备了一种双酮吡咯基染料BDB，该染料在近红外(NIR)区域具有较强的吸收和明亮的荧光发射。随后，利用功能性两亲性聚合物DSPE-Hyd-PEG2000-cRGD将BDB与热休克蛋白(HSP)抑制剂tanespimycin (17-AAG)共包被，形成一体化纳米平台BAG NPs。因此，BAG NPs可以精确靶向肿瘤组织，通过NIR-II荧光/光声/光热成像实时指导治疗过程，并按需释放17-AAG，增强轻度PTT。此外，轻度PTT已被证明可诱导免疫原性细胞死亡(ICD)并激活全身抗肿瘤免疫反应，从而抑制原发性和远处肿瘤。总的来说，本研究提出了一个多功能纳米平台，用于精确的轻度PTT结合免疫治疗来有效治疗肿瘤。
结果与讨论
分子设计、合成与光物理性质
双酮吡咯(DPP)及其衍生物具有优异的光稳定性、大的摩尔消光系数、高的荧光量子产率和易于修饰等特点，在可见光领域显示出巨大的潜力。在前期工作的基础上，我们通过一步Buchwald-Hartwig偶联反应合成了由DPP核(强a单元)和甲氧基二胺(强D单元)组成的D- a -D型染料T14。染料T14在可见光区表现出优异的光物理性能。然而，由于吸收和发射波长短，其在生物成像和治疗方面的潜力受到严重限制。受染料敏化太阳能电池(DSSC)的启发，引入额外的受体可以显着拓宽染料的吸收波长并增强其稳定性，我们的目标是使用这种策略构建一种新型的高性能小分子PTA。具体来说，在T14分子中引入一个吸电子附加受体苯并噻二唑，得到D-A ' a - a ' d型染料SDS。通过测量四种染料在DMSO溶液中的UV - vis - NIR吸收和光致发光(PL)光谱来研究四种染料的光物理性质。与T14相比，SDS的最大吸收波长由612 nm红移至695 nm，其光通量由2.01 × 104 L mol−1 cm−1增加到6.85 × 104 L mol−1 cm−1。最大发射光谱由可见光区的668 nm红移至近红外区的826 nm。这些结果有力地证实了附加受体对光谱调节的显著影响。引入长烷基链芴单元后，KDK的溶解度显著提高。由于ICT过程的阻断，KDK的吸收和发射发生了明显的蓝移，而其波长减小到4.45 × 104 L mol−1 cm−1。值得注意的是，通过引入具有长烷基链的环芴-二噻吩单元，制备的BDB在730 nm处具有最高的吸收，高吸收系数为1.25 × 105 L mol - 1 cm - 1，并且在903 nm处具有红移荧光，荧光亮度显著增强。KDK和BDB在光物理性质上的显著差异进一步说明了引入合适位阻
的重要性。
纳米颗粒的制备与表征
为了提高纳米颗粒的肿瘤靶向作用，控制17-AAG在肿瘤部位的精确释放，我们选择两亲性聚合物DSPE-Hyd-PEG2000cRGD作为包封材料，将17AAG与染料BDB共包封，制备多功能纳米颗粒，称为BAG NPs。高分子材料DSPEHyd-PEG2000-cRGD购自西安瑞希生物科技公司，其结构如图所示。研究表明，cRGD可以靶向肿瘤细胞表面的整合素，增强肿瘤细胞对纳米颗粒的摄取。Hyd结构赋予纳米颗粒酸敏感特性，帮助17-AAG在酸性肿瘤微环境(TME)中定点释放，从而抑制HSP90的表达，提高轻度PTT的效率。同时，以常见的两亲性聚合物DSPE-PEG2000为对照，构建了BDB NPs，证实了BAG NPs在肿瘤诊断和治疗中的优势。在pH为7.4时，透射电镜结果显示，BDB NPs和BAG NPs均为球形，水动力直径分别为≈85和142 nm。此外，两种NPs在10%的血清水溶液中均表现出1周的胶体稳定性。
细胞光热治疗研究
从紫外吸收光谱和近红外吸收光谱来看，BDB NPs和BAG NPs分别在645 nm和652 nm处表现出最大吸收，在808 nm处保留了31%和38%的最大吸收。值得注意的是，在酸性环境下，两种纳米粒子在300 ~ 400 nm(表示为ΔNPs)之间的腙键吸收差异。在650 nm激发下，BDB NPs和BAG NPs在700-800 nm范围内表现出荧光发射，这有助于在共聚焦荧光成像中跟踪纳米颗粒。此外，近红外荧光光谱显示，两种纳米颗粒的最大发射峰均在903 nm处，并保持了较强的NIR-II荧光发射，发射尾超过1300 nm。考虑到较长的吸收-发射波长可增强体内成像分辨率，我们采用808 nm激光器和1100 nm滤光片初步评价了BDB NPs和BAG NPs的体外荧光成像能力。如图所示，两种纳米粒子都具有明亮的荧光发射，且发射强度与浓度呈良好的线性关系。同样，在700 nm激发下，两种纳米颗粒的光声信号随浓度增加，为体内光声成像提供了支持。此外，在808 nm (0.8 W cm−2)激光照射10分钟后，BDB NPs和BAG NPs的吸收强度保持不变，表现出优异的光稳定性。随着浓度的增加，BDB NPs和BAG NPs表现出优异的光热加热能力。BDB NPs和BAG NPs的光热转换效率(PCE)分别为43.8%和47.7%，这与在相同条件下，BAG NPs比BDB NPs具有略高的增温效率相一致。在相同浓度下，与ICG相比，BDB NPs和BAG NPs在5个光热增温-冷却循环中表现出良好的光漂白抗性。值得注意的是，在相同的光照条件下，BAG NPs只产生了极少量的活性氧(ROS)。根据Jablonski图，ROS通道的关闭为荧光和光热应用提供了更大的窗口，使BAG NPs成为荧光成像引导的轻度PTT的优秀候选者。
总结
我们通过分子工程策略引入附加受体和π-bridges，构建了具有高摩尔消光系数和明亮NIR-II荧光发射的D-A′-π-Aπ-A d型小分子染料BDB，并利用其设计了多功能集成纳米诊断和治疗平台BAG NPs。令人兴奋的是，BAG NPs不仅表现出优异的肿瘤靶向能力，而且可以在酸性肿瘤微环境中裂解，释放出内部热休克蛋白抑制剂17-AAG，进一步增强轻度PTT的疗效。体内实验表明，在多模态成像引导下，2次轻度PTT治疗4T1荷瘤小鼠，BAG NPs能成功消融皮下肿瘤。此外，BAG NPs引发的轻度PTT触发ICD，释放DAMPs，募集DC细胞，促进其成熟。随后，这些成熟的dc启动T细胞的克隆和扩增，将其激活为效应T细胞，从而引发抗肿瘤免疫反应。最终，这个多功能纳米平台级联了轻度PTT和适应性抗肿瘤免疫反应，成功抑制了原发性和远处乳腺癌肿瘤。
参考文献
A Diketopyrrolopyrrole-Based All-in-One Nanoplatform for Self-Reinforcing Mild Photothermal Therapy Cascade Immunotherapy for Tumors Xinsheng Li, Lingyan Liu, Kaini Yang, Zhiqiang Wang, Tao Yuan, Qingyang Sha, Wei Chen,* Tao Yi,* and Jianli Hua*，Adv. Healthcare Mater. 2024, 2400766，https://doi.org/10.1002/adhm.202400766
