内容提要
目前报道的有机光热试剂的光热转换效率(PCE)仍然相对较低，特别是在近红外二区 (NIR-II，1000-1700 nm) 窗口具有良好光热性能的材料仍然很少，严重阻碍了光热治疗在抗肿瘤临床应用中的进一步发展。本文通过调节共轭分子骨架侧链，开发了一种具有超高PCE（87.7%）且稳定的共轭双自由基聚合物纳米颗粒。此外，通过将该纳米药物的NIR-II光热效应与PD-1联合使用，可以有效地阻止乳腺癌的肺部转移。这项研究探索了在NIR-II窗口中用于癌症转移治疗诊断的优良PTMs，为开发具有自由基特征的NIR-II光热材料提供了新的前景。
实验结果与讨论
通过Stille偶联合成了两种具有典型供体(D)-受体(A)构型的共轭双自由基聚合物（CDPs）。利用密度泛函理论(DFT)计算了两种CDPs的电子分布和优化构型, 证明TTB-2具有明显的共轭平面结构和分子内电荷转移的优势。TTB-1和TTB-2都具有良好的双自由基特征和稳定性 。TTB-1在THF溶剂中在750 nm左右有良好的吸收峰，而TTB-2相对TTB-1有接近200 nm的红移，最高吸收峰在950 nm附近。
通过自组装方法将上述聚合物制备成纳米颗粒。TTB-2 NPs在950 nm处吸收峰最高，而TTB-1 NPs的最大吸收峰位于715 nm处。透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)结果证明TTB-2 NPs具有纳米球的形态特征，并且依然保持双自由基特性。其次，在1064 nm激光的照射下， TTB-2 NPs具有优异的光热性能，光稳定性和超高的光热转换效率，光热转换效率(PCE)高达87.7%。进一步理论计算得出开壳层单重态(OS)的激发能比闭壳层单重态(CS)低8.94 kcal mol−1，意味着TTB-2的OS态具有良好的非辐射跃迁性质，与其优异的光热性能保持一致。
在1064 nm激光照射下，TTB-2 NPs对人宫颈癌(HeLa)细胞和小鼠乳腺癌(4T1)细胞都产生了明显的光热消融作用，在30 μg mL-1浓度时，光热8分钟可以导致近95%的细胞被完全杀死。而不照激光的情况下对细胞几乎无任何毒性，证明了其体内良好的安全性和光热抗肿瘤潜力。肿瘤细胞活/死双染实验也同样证明了TTB-2 NPs在NIR-II区良好的抗肿瘤细胞增殖性能和生物安全性。
对4T1荷瘤小鼠静脉注射TTB-2 NPs进行PA成像，观察到TTB-2 NPs的信号在注射后9 h出现明显的峰值；24 h后几乎完全从肿瘤部位消失。肿瘤热成像结果表明在激光照射5分钟后，注射TTB-2 NPs后9小时并用1064 nm照射小鼠的肿瘤温度迅速升高至53℃，而PBS+L处理的小鼠的肿瘤温度变化不大。之后对4T1荷瘤小鼠进行体内PTT治疗。TTB-2 NPs联合激光照射治疗组小鼠的肿瘤在治疗后几乎完全消融，并且在治疗后的14天内没有复发。相比之下，单独给予TTB-2 NPs或Laser对肿瘤生长无明显影响。不同治疗后小鼠肿瘤的苏木精和伊红(H&E)染色显示TTB-2 NPs光热治疗诱导引发肿瘤部位明显的核分裂和核坏死。此外，TUNEL和PCNA染色也表明TTB-2 NPs的光疗消融肿瘤效果。
通过联合αPD-1(抗PD-1抗体)在侵袭性肺转移瘤模型中评估TTB-2 NPs的抗肿瘤转移活性。于治疗后第18天采用流式细胞术检测不同治疗后肿瘤细胞CD8+细胞毒性T淋巴细胞(CTL)和成熟树突状细胞(DC) (CD80+CD86+)的变化，发现TTB-2 NPs 光热联合免疫治疗的CTL和成熟DC细胞明显高于其他组，证明TTB-2 NPs 光热联合免疫治疗可促进DC成熟，增强全身抗肿瘤免疫应答。酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清中细胞因子和促炎介质的水平证明TTB-2 NPs PTT联合αPD-1免疫治疗后小鼠血清IL-6、TNF-α、IFN-γ水平有不同比例的升高。各种治疗后进一步分析乳腺癌的肺部转移。除光热联合免疫治疗组外，其他各组小鼠肺中均出现明显的白色结节，而TTB-2 NPs + PTT + αPD-1联合治疗后小鼠肺部转移瘤明显受到抑制。这些结果表明TTB-2 NPs 光热联合免疫疗法可有效激活免疫应答，用于抗转移性乳腺癌肿瘤的治疗。
结论
本研究通过设计共轭双自由基聚合物的侧链位置，双自由基TTB-2的吸收能够扩展到NIR-II区域。基于87.7%的超高NIR-II光热转换效率，进一步证明了TTB-2纳米粒子在体外和体内通过NIR-II光照射可以实现良好的肿瘤抑制和光声（PA）成像性能。此外，与PD-1治疗相结合，TTB-2纳米颗粒实现了抑制体内乳腺癌肺转移的有效光免疫效应。因此，这种共轭双自由基聚合物丰富了近红外-红外窗口的PTT试剂，并为双自由基材料的开发提供有益的见解。
参考文献
A Stable Open-Shell Conjugated Diradical Polymer with Ultra-High Photothermal Conversion Efficiency for NIR-II Photo-Immunotherapy of Metastatic Tumor，Yijian Gao , Ying Liu , Xiliang Li , Hui Wang , Yuliang Yang , Yu Luo , Yingpeng Wan , Chun-sing Lee *, Shengliang Li *，Xiao-Hong Zhang *，Nano-Micro Lett. 16, 21 (2024).，https://doi.org/10.1007/s40820-023-01219-x
