内容提要
近红外成像和光热治疗在生物体内的精确诊断和治疗方面具有巨大的潜力。然而，一个重大的挑战是缺乏具有高光热转换系数(PCE)和荧光量子产率的NIR-II荧光探针(ΦF)。在此，我们通过将一个大的共轭吸电子核、多个转子和多个烷基链整合到一个分子中来解决这个问题，成功地生成了具有优异PCE(87.6%)和高ΦF(3.2%)的NIR-II剂4THTPB。4THTPB的最大发射峰在1058 nm处，发射尾可延伸至1700 nm。这些特性使其纳米颗粒(NPs)在NIR-II高分辨率血管造影中表现良好，从而允许通过NIR-II成像精确诊断血栓，并实现有效的光热溶血栓。这项工作不仅使NIR-II药剂具有优异的综合性能，而且为高性能NIR-II药剂的设计提供了有价值的指导。
结果与讨论
4THTPB的合成及其光物理性质
由二胺中间体4,7-二{5-[4-(二苯基氨基)苯基]-3己基噻吩-2-基}苯并[c][1,2,5]噻二唑-5,6-二胺与4,5,9,10-吡脲酮进行环化反应合成4THTPB。在四氢呋喃(THF)溶液中，4THTPB在696 nm处表现出典型的分子内电荷转移(ICT)吸收带倍。以1,2二氯乙烷IR-26 (ΦF = 0.5%)为参比，测得THF中4THTPB的ΦF为0.52%。其低ΦF归因于分子内分子运动和扭曲分子内电荷转移(TICT)过程。为了进一步研究4THTPB的荧光特性，测定了不同水组分(fw)的THF/H2O混合物中4THTPB的光致发光(PL)光谱当fw增加到20%时，4THTPB的PL强度略有下降，这是由于溶剂混合物极性增强引起的TICT效应。用1,2-二硬脂酰-sn-甘油-磷酸乙醇胺- n-{羟基[聚乙二醇]2000}(DSPE-PEG2000)包封4THTPB，通过动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)表征得到的4THTPB NPs的流体动力学直径为102.8 nm。4THTPB NPs在732 nm处有一个红移峰，并且有一个延伸到近红外区(>900 nm)的宽吸收带。此外，4THTPB NPs在793 nm处的分子消光系数也高于TT1-oCB NPs。在水中，4THTPB NPs的PL峰值为1058 nm，尾部为1700 nm。我们在近红外激光(808 nm)照射下，对水中4THTPB NPs的光热效应进行了体外研究。结果显示，NPs的光热效应取决于激光的强度和持续时间，以及它们的浓度，从而可以精确控制热量的产生)。值得注意的是，在808 nm激光(1 W cm−2)照射5 min后，4THTPB NPs (100 μM)水溶液的温度迅速达到约70℃，而在相同条件下，纯水的温度变化最小。即使在0.3 W cm−2 808 nm激光照射下，4THTPB NPs也表现出明显的热效应，在5分钟内温度升高到45°C。4THTPB NPs具有较高的光热稳定性。即使经过五次加热-冷却循环也没有衰减。由于其优异的荧光和光热性质，4THTPB NPs具有NIR-II成像引导的微小病变PTT的潜力，如溶栓。
体内和脑血管成像
在通过细胞毒性和溶血试验确认4THTPB NPs的生物相容性后，以4THTPB NPs为探针进行体内和脑血管成像，验证其高空间分辨率。对于体内荧光血管造影，使用InGaAs检测器(SD640, Tekwin，中国)，配备不同的长通(LP)滤波器(1200、1300和1500 nm)。注射4THTPB NPs后，整个血管系统清晰可见。为了评估空间分辨率，通过高斯拟合半最大全宽度(fwhm)分析血管的横截面强度分布图来测量血管的表观宽度。结果表明，随着LP滤光片波长从1200 nm增加到1300 nm，再增加到1500 nm, fwhm分别从0.43 nm下降到0.36 mm，再进一步下降到0.33 nm，这表明NIR-IIb荧光成像可以用于精确区分体内深部细节。为了进一步验证4THTPB NPs在不同穿透深度下对较小结构的成像能力，我们对小鼠大脑进行了显微血管造影。静脉给药4THTPB NPs后，小鼠脑内不同深度的血管可见。值得注意的是，穿透深度可达840 μm，即使是宽度仅为3.4 μm的毛细血管，也能在540 μm的深度清晰可见。这些结果表明，4THTPB NPs的NIR-II荧光信号提供了高清晰度的深部组织成像。通过NIR-II成像技术获得的高空间分辨率为微小病变提供更准确的诊断信息提供了很大的希望。
血栓的治疗和成像
据报道，加热不仅能增强组织纤溶酶原激活物的溶栓能力，而且还能表现出自身的溶栓特性考虑到4THTPB NPs优异的光热效应及其发射特性，采用NIR-II荧光成像引导光热溶血栓。首先，我们用4THTPB NPs检测无血流情况下的血凝块溶解情况。不含4THTPB NPs的对照组，用808 nm激光以0.3 W cm−2照射60分钟后，PBS (pH = 7.4)的颜色变化很小，这表明没有血块溶解。相反，当在相同的实验条件下使用4THTPB NPs (15 ~ 30 μM)时，由于凝块溶解成功，PBS的颜色逐渐变暗。通过绘制溶解血液在540和415 nm处随辐照时间的吸光度图，可以证实，随着4THTPB NPs浓度的增强，凝块溶解率增加。值得注意的是，用苏木精和伊红(H&E)染色处理过的血凝块显示，随着4THTPB NPs浓度的增加，处理过的血凝块更容易降解成许多小碎片，导致表面更粗糙。血凝块的溶解可能不仅与热有关，而且可能与NPs在光照射下的运动有关。在上述阳性结果的鼓舞下，我们在BALB/c雌性小鼠身上建立股动脉血栓模型，评估NIR-II成像检测血栓的能力以及4THTPB NPs通过光热效应在体内溶解和清除血栓的能力。
总结
通过在一个化合物中集成一个大共轭吸电子核心，多个转子和四个烷基链，成功地设计了高性能的NIR-II剂4THTPB。多烷基链的存在和大的共轭结构为多转子的运动提供了适当的空间。结果表明，4THTPB NPs同时具有较高的PCE(87.6%)和ΦF值(3.2%)。同时，由于4THTPB具有较强的ICT效应，使其能够发出NIR-II荧光，该荧光可延伸至1700 nm。体内NIR-II成像实验证实，4THTPB NPs能够清晰描绘活体小鼠的血管，具有较高的空间分辨率，能够准确诊断血栓的位置。也成功实现了4THTPB NPs在精确光热溶栓中的应用，从而为微小病变的精确诊断和治疗显示出巨大的潜力。因此，本工作为设计具有高PCE和ΦF同时具有长波长的有机NIR-II试剂提供了一种可行的策略。
参考文献
Near-Infrared II Agent with Excellent Overall Performance for Imaging-Guided Photothermal Thrombolysis Daming Zhou, Guiquan Zhang, Jiayi Li, Zeyan Zhuang, Pingchuan Shen, Xinyao Fu, Lirong Wang, Jun Qian,* Anjun Qin,* and Ben Zhong Tang, ACS Nano .，https://doi.org/10.1021/acsnano.4c06965
