内容提要
本研究设计并合成了一系列具有聚集诱导发光（AIE）特性的第二近红外区（NIR-II）发射离子光敏剂。其中，优化后的化合物BuDTTPy展现出优异性能，包括280 nm的大斯托克斯位移、显著的AIE行为、强NIR-II荧光以及高效的ROS生成能力。实验结果表明，BuDTTPy纳米颗粒（NPs）具有出色的光稳定性、良好的生物相容性，且对线粒体和内质网具有双靶向能力。研究成功实现了NIR-II荧光成像引导的双细胞器靶向光动力治疗，并在原位乳腺癌小鼠模型中取得了显著的治疗效果。
结果与讨论
聚集诱导发光体的合成与光物理性质
本研究成功合成了DTTPy、OMeDTTPy 和 BuDTTPy 三种分子。研究团队采用紫外-可见（UV-vis）光谱和光致发光（PL）光谱对 DTTPy、OMeDTTPy 和 BuDTTPy 的光学性能进行了表征。在四氢呋喃（THF）溶液中，三种分子的最大吸收波长分别为 500 nm、545 nm 和 515 nm，对应的摩尔消光系数（ε）分别为 25020 M⁻¹・cm⁻¹、20620 M⁻¹・cm⁻¹ 和 21440 M⁻¹・cm⁻¹；它们的最大光致发光发射波长分别为 783 nm、843 nm 和 802 nm。值得注意的是，三种分子在 900-1000 nm 波长范围内均表现出显著的荧光强度，这表明它们在近红外二区（NIR-II）激光激发的光动力治疗（PDT）中具有应用潜力。尤其值得关注的是，DTTPy、OMeDTTPy 和 BuDTTPy 均具有超过 280 nm 的大斯托克斯位移。溶剂依赖性光致发光研究显示，随着溶剂极性的增加，三种分子的发射强度显著降低，且最大发射波长发生红移，这一现象归因于扭曲分子内电荷转移（TICT）效应。为评估它们的聚集诱导发光特性，研究团队采用了不同溶剂比例的二甲基亚砜（DMSO）/甲苯混合体系。在纯二甲基亚砜中，由于分子旋转导致的非辐射衰变，三种分子仅表现出弱发射；随着甲苯比例的增加，荧光强度逐渐增强，这与分子在聚集状态下运动受限的特性一致。通过纳米沉淀法，以两亲性聚合物 DSPE-mPEG₂₀₀₀为基质，制备了上述分子的纳米颗粒（NPs）。与四氢呋喃（THF）溶液相比，水中的 BuDTTPy 纳米颗粒在 499 nm 和 766 nm 处呈现出蓝移的吸收峰和发射峰。动态光散射（DLS）分析显示，BuDTTPy 纳米颗粒为单分散性，流体动力学直径为 202 nm，该尺寸有利于通过增强渗透滞留（EPR）效应实现肿瘤部位的聚集。透射电子显微镜（TEM）观察证实其呈球形形貌，且由于脱水作用，TEM 测得的尺寸略小于 DLS 结果。BuDTTPy 纳米颗粒的 zeta 电位为 - 17.3 mV，这一特性使其具有良好的胶体稳定性，有助于延长在血液中的循环时间。此外，该纳米颗粒的多分散指数（PDI）为 0.261，表明其分散性和均一性良好。值得注意的是，BuDTTPy 纳米颗粒在水和磷酸盐缓冲液（PBS）中可稳定存在 6 天。在水溶液中，DTTPy 纳米颗粒、OMeDTTPy 纳米颗粒和 BuDTTPy 纳米颗粒的绝对量子产率（QY）分别为 4.60%、1.76% 和 6.14%。其中 BuDTTPy 纳米颗粒的量子产率最高，这对于实现高信噪比生物成像至关重要，该结果与理论预测相符。在激光照射（660 nm，0.3 W/cm²）条件下，BuDTTPy 纳米颗粒的光热性能测试显示，5 分钟内温度仅发生微小变化，这一结果同样与理论预测一致。最后，研究团队探究了这些纳米颗粒的活性氧（ROS）生成能力。以 2',7'- 二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH）为指示剂，对纳米颗粒的活性氧生成能力进行定量分析。结果显示，在激光照射（660 nm，0.3 W/cm²）条件下，未添加纳米颗粒时，DCFH 的荧光强度可忽略不计；而在添加纳米颗粒的体系中，随着照射时间延长，525 nm 处 DCFH 的荧光强度显著升高。值得注意的是，BuDTTPy 纳米颗粒的活性氧生成效率远高于 DTTPy 纳米颗粒和 OMeDTTPy 纳米颗粒。激光照射 40 分钟后，BuDTTPy 纳米颗粒组的 DCFH 荧光强度提升约 110 倍，远超 DTTPy 纳米颗粒组的 40 倍和 OMeDTTPy 纳米颗粒组的 60 倍。这些实验结果与理论预测一致，证实了 BuDTTPy 具有更优异的活性氧生成能力。为确定生成的活性氧具体种类，研究团队采用了特异性探针：以 9,10 - 蒽二基 - 双（亚甲基）二丙二酸（ABDA）检测单线态氧（¹O₂），以二氢罗丹明 123（DHR123）检测超氧阴离子自由基（・O₂⁻），以羟苯基荧光素（HPF）检测羟基自由基（・OH）。在激光照射（660 nm，0.3 W/cm²）条件下，ABDA 的吸光度基本无变化，而 DHR123 和 HPF 的荧光强度显著升高，这表明纳米颗粒主要通过 I 型光动力治疗（PDT）机制生成・OH 和・O₂⁻，且系间窜越（ISC）过程高效。重要的是，BuDTTPy 纳米颗粒具有强近红外二区（NIR-II）发射特性，可被近红外光激活。
BuDTTPy 纳米颗粒的体内成像、抗肿瘤效果
通过精心设计的实验，对该纳米颗粒的生物相容性、细胞毒性、细胞器靶向能力及光治疗效果展开了全面评估。采用定量 CCK-8 实验分析 BuDTTPy 纳米颗粒对细胞的毒性与生物相容性。结果显示，在避光条件下，经 BuDTTPy 纳米颗粒处理的正常 HUVEC 细胞（人脐静脉内皮细胞）和 3T3 细胞（小鼠胚胎成纤维细胞），即使在浓度达到 40μM 时，细胞存活率仍保持在 80% 以上，证实该纳米颗粒具有良好的生物相容性，且无明显暗毒性。进一步对比避光与 660nm 激光照射（0.3 W/cm²，5 分钟）条件下的细胞毒性发现，在 0-40μM 浓度范围内，BuDTTPy 纳米颗粒对 4T1 细胞（小鼠乳腺癌细胞）无显著暗毒性；而在激光照射下，细胞存活率随浓度增加呈剂量依赖性下降，当浓度为 30μM 时，细胞存活率降至 10%，展现出显著的光毒性。此外，带负电的细胞膜有利于与阳离子纳米颗粒发生相互作用，从而促进细胞摄取。细胞摄取实验表明，在 0-24 小时内，细胞对纳米颗粒的摄取量随共培养时间的延长而增加。BuDTTPy 分子的阳离子特性及其吡啶鎓单元的高静电势（理论计算已证实），暗示其具备细胞器靶向潜力。通过与线粒体追踪绿（MitoTracker Green）、内质网追踪绿（ER-Tracker Green）及溶酶体追踪绿（LysoTracker Green DND26）进行共定位成像发现，BuDTTPy 纳米颗粒的红色发射信号与线粒体追踪绿 / 内质网追踪绿的绿色信号重叠度极高，皮尔逊相关系数分别为 92% 和 90%，表明该纳米颗粒对线粒体和内质网具有显著的靶向性；而 BuDTTPy 纳米颗粒与溶酶体追踪绿的重叠度较低（皮尔逊相关系数为 60%），说明其对溶酶体的靶向能力较弱。BuDTTPy 纳米颗粒实现特异性线粒体靶向，主要得益于其独特的分子设计：分子中的吡啶鎓基团可形成带正电的 N⁺位点，通过静电引力与带负电的线粒体内膜特异性结合；同时，疏水性有机主链结构不仅增强了分子的膜穿透能力，还通过与线粒体膜的疏水相互作用进一步强化靶向效果。内质网膜富含磷脂双分子层，其中包含大量磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE），这些磷脂的负电头部基团为其与带正电分子的静电相互作用提供了基础。BuDTTPy 纳米颗粒中的吡啶鎓盐基团带有正电荷，可通过静电作用与内质网膜上带负电的磷脂（如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺）特异性结合，因此能高效靶向内质网。基于 60 分钟的溶酶体共定位分析发现，在 15-20 分钟时可观察到纳米颗粒与溶酶体的共定位信号，表明纳米颗粒被转运至溶酶体腔室；值得注意的是，25 分钟时溶酶体共定位信号减弱，提示纳米颗粒可能通过内体逃逸机制脱离溶酶体。这种细胞器定位的时间依赖性变化，为理解纳米颗粒的细胞内化途径提供了关键线索。线粒体和内质网作为真核细胞中调控能量产生、信号传导及其他生理过程的关键细胞器，是光动力治疗（PDT）的理想靶标。能够选择性靶向这些细胞器的光敏剂，可诱导其功能紊乱，进而引发细胞凋亡或程序性死亡，从而提升光动力治疗效果。为验证 BuDTTPy 纳米颗粒能否通过促进细胞摄取和细胞器靶向增强光动力治疗效果，研究团队以 DCFH-DA（2',7'- 二氯二氢荧光素二乙酸酯）为活性氧（ROS）指示剂，评估细胞内活性氧的生成情况。实验分为四组：PBS 组、PBS + 激光组、BuDTTPy 纳米颗粒组、BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组。结果显示，在 660nm 激光照射下，BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组的 4T1 细胞呈现出强烈的绿色荧光信号，表明产生了充足的活性氧，而其他三组均未出现明显荧光信号。流式细胞术结果进一步证实，BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组产生了大量活性氧。由于线粒体是活性氧产生的主要场所，研究团队采用 JC-1 染色法评估 4T1 细胞的线粒体膜电位（MMP），以判断线粒体功能是否受损。当线粒体膜电位较低时，JC-1 单体发出绿色荧光；而当线粒体膜电位较高时，JC-1 聚集体发出红色荧光。对照组（PBS 组、PBS + 激光组、BuDTTPy 纳米颗粒组）的绿色荧光较弱、红色荧光较强，表明线粒体膜电位较高，线粒体功能完好；与之相反，实验组（BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组）的绿色荧光显著增强、红色荧光减弱，表明线粒体膜电位大幅下降，线粒体功能出现明显紊乱。为进一步评估 BuDTTPy 纳米颗粒的光动力治疗效果，研究团队采用钙黄绿素 - AM（Calcein-AM）和碘化丙啶（PI）进行活死细胞染色实验。结果显示，BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组的 4T1 细胞呈现出显著的红色荧光，表明大量细胞死亡；而其他三组（PBS 组、PBS + 激光组、BuDTTPy 纳米颗粒组）主要呈现绿色荧光，细胞存活率较高。这一结果证实，BuDTTPy 纳米颗粒具有高效的光动力治疗效果，对 4T1 细胞的杀伤效率较高。综上，BuDTTPy 纳米颗粒具有良好的生物相容性，对线粒体和内质网具有显著的双靶向性，且在激光照射下具备高效的光诱导细胞杀伤能力，为其在原位乳腺癌多模态光诊疗中的应用奠定了坚实基础。
研究团队在原位乳腺癌小鼠模型中，全面评估了 BuDTTPy 纳米颗粒在近红外二区（NIR-II）荧光成像引导下的光动力治疗体内应用效果。首先，对 BuDTTPy 纳米颗粒的近红外二区成像性能进行了系统评估：在静脉注射 BuDTTPy 纳米颗粒前，通过 1000nm 长通滤光片观察到小鼠自身产生的背景干扰极小，表明在此波长下自体荧光干扰可忽略不计；注射纳米颗粒后，纳米颗粒通过增强渗透滞留（EPR）效应在肿瘤部位被动聚集，逐渐使肿瘤组织显现荧光信号，并在注射后 24 小时达到信号峰值，随后因代谢过程信号逐渐减弱。对剥离的器官和肿瘤组织进行荧光定量分析，进一步证实了注射后 72 小时内 BuDTTPy 纳米颗粒的分布情况 —— 在肿瘤及肝脏、脾脏等主要代谢器官中检测到显著的荧光信号。此外，研究团队还对 PBS + 激光组和 BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组两组小鼠进行了光热成像测试，结果显示所有组别的温度变化均不明显，这与 BuDTTPy 纳米颗粒光热性能较弱的特点一致。总体而言，在近红外二区荧光成像引导下，BuDTTPy 纳米颗粒能够在肿瘤部位特异性聚集，同时最大限度地减少对周围健康细胞和正常组织的不良损伤。研究团队进一步评估了激光激活的 BuDTTPy 纳米颗粒在原位乳腺癌中的杀瘤活性。实验中，将模型小鼠随机分为四组：PBS 组、PBS + 激光组、BuDTTPy 纳米颗粒组（对照组）以及 BuDTTPy 纳米颗粒 + 激光组（实验组）。整个治疗周期持续 15 天，期间每三天测量一次小鼠的体重和肿瘤体积。在静脉注射 BuDTTPy 纳米颗粒 24 小时后，对小鼠进行激光照射（660nm，0.3 W/cm²，15 分钟）治疗。肿瘤生长曲线显示，实验组小鼠的肿瘤在治疗第三天基本消失，且在第 15 天未出现复发迹象；即使是未完全消失的肿瘤，其体积也大幅缩小，并且在后续 12 天内基本无生长，充分彰显了激光辅助光动力治疗的优异效果。与之相反，对照组小鼠的肿瘤呈指数级生长，到第 15 天时，肿瘤体积已增至初
总结
本研究采用创新的分子工程策略，基于供体-π-受体（D-π-A）结构的近红外二区（NIR-II）聚集诱导发光体（AIEgens），开发出一种单组分多模态光诊疗平台。BuDTTPy被预测同时具备高效活性氧生成能力与细胞器靶向能力。实验结果表明，BuDTTPy纳米颗粒（NPs）表现出优异性能，不仅具有较高的近红外二区荧光量子产率（Φ=6.14%），还能显著提升I型活性氧生成效率（相较于DCFH荧光强度提升110倍）。该光诊疗平台具有多项固有优势：1）通过近红外二区荧光成像（NIR-II FLI）实现高分辨率肿瘤定位；2）对线粒体和内质网具有双靶向性（皮尔逊相关系数≥90%）；3）BuDTTPy纳米颗粒具有出色的光稳定性与生物相容性；4）可实现近红外二区成像引导的双细胞器靶向光动力治疗（PDT），在原位乳腺癌小鼠模型中达成诊疗一体化功能。
参考文献
Molecular Engineering of AIE-Active Ionic Photosensitizer for Dual-Organelle Targeted NIR-II Phototheranostics.Jianhong Huang, Jun Zhu, Shuo Xiang, Lei Wang, Dong Wang,* and Ben Zhong Tang*，Adv. Funct. Mater. 2025, e14187，https://doi.org/10.1002/adfm.202514187
