内容提要
本研究提出了一种一步法合成 D-A-A-D 型 2DMeTPA-2BT 的方法，产率高达 47%，这与之前报道的双受体案例有显著差异。与2DMeTPA-BT 相比，双受体光敏剂 2DMeTPA-2BT 表现出更小的 ΔEₛₜ值和更大的 SOC 常数。此外，系间窜越（ISC）动力学表明，在基于 2DMeTPA-2BT 的纳米颗粒（NPs）中观察到快速的 ISC、较长的三重态寿命和较大的三重态布居数，这有助于高效生成活性氧。最终，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒用于体内成像引导的光动力疗法，肿瘤抑制率达到 90%。
分子设计合成及光学性质
以 4,7 - 双（4,4,5,5 - 四甲基 - 1,3,2 - 二氧杂环戊硼烷 - 2 - 基）-2,1,3 - 苯并噻二唑作为缺电子单元（A），以 4 - 溴 - N,N - 双（4 - 叔丁基苯基）-3,5 - 二甲基苯胺作为富电子单元（D），通过一步 Suzuki 偶联反应合成了 D-A-D 型 2DMeTPA-BT 和 D-A-A-D 型 2DMeTPA-2BT 两种化合物，两种化合物中均引入甲基以形成扭曲构象。在常见的偶联反应条件下，即使用 Pd (PPh₃)₄（5 mol%）和 K₂CO₃（20 当量），在甲苯中于 80°C 反应，主要产物为 2DMeTPA-BT。以 Pd (dppf) Cl₂（5 mol%）为催化剂，Na₂CO₃（4.0 当量）的水溶液为碱，在氮气氛围下，将两种前驱体的混合物在甲苯和乙醇中于 80°C 搅拌反应 20 小时，目标产物 2DMeTPA-2BT 的产率可达 47%。
通过紫外 - 可见吸收光谱和光致发光（PL）光谱研究了化合物的光物理性质。结果显示，2DMeTPA-BT 和 2DMeTPA-2BT 均在 250-550 nm 范围内有宽吸收光谱。值得注意的是，2DMeTPA-2BT 在 350-520 nm 的吸收光谱分为两个区域：350-420 nm 范围归属于局部激发（LE），420-520 nm 范围归属于电荷转移（CT），这一点可通过计算吸收光谱得到证实。在四氢呋喃溶液中，2DMeTPA-BT 和 2DMeTPA-2BT 的发射峰分别位于 636 nm 和 713 nm，绝对光致发光量子产率（PLQYs）分别为 11.11% 和 8.41%。由于双受体具有较强的吸电子能力，供体基团与受体基团之间的分子内电荷转移（ICT）作用增强，导致吸收和发射光谱红移。随后，在不同水体积分数（f_w）的四氢呋喃 / 水混合溶液中评估了光敏剂的聚集诱导发光（AIE）效应。结果显示，两种化合物在初始加水时，光致发光强度均略有下降，这可能是由于扭曲分子内电荷转移（TICT）效应导致的，即分子受激发后，供体与受体基团之间发生显著扭曲或旋转，最终导致发射光谱红移且荧光量子产率降低。在不同极性的溶剂中，它们的光致发光光谱均出现红移，这也证实了 TICT 特征。随着水体积分数进一步增加，形成纳米聚集体，荧光信号逐渐恢复，表现出典型的 AIE 特性。
纳米颗粒的制备及性质
为提高其水溶性和生物相容性，以 DSPE-mPEG₂₀₀₀为包封基质，通过纳米沉淀法制备了 2DMeTPA-BT 和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒（NPs）。动态光散射（DLS）测得其粒径分别为 147.3 nm 和 137.7 nm。透射电子显微镜（TEM）图像显示，2DMeTPA-BT 和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的粒径分别为 88.9 nm 和 66.6 nm。两者粒径存在差异，可能是因为 DLS 测定的是纳米颗粒在水中的 hydrodynamic 直径（ hydrodynamic diameters），通常比 TEM 观察到的粒径大得多。此外，2DMeTPA-BT 纳米颗粒和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的 zeta 电位分别为 - 24.5 mV 和 - 23.6 mV。值得注意的是，这些纳米颗粒在水中储存 7 天后，仍保持良好的胶体稳定性，多分散指数约为 0.15。所有这些数据表明，这些纳米颗粒适合通过高通透性和滞留效应在体内进行光动力疗法（PDT）。随后研究了纳米颗粒的光物理性质，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的吸收和发射光谱同样发生红移。2DMeTPA-BT 纳米颗粒和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的绝对光致发光量子产率（PLQYs）分别为 28.32% 和 17.80%.为测定所制备纳米颗粒的活性氧（ROS）生成能力，本研究使用了 2,7 - 二氯二氢荧光素（DCFH）、9,10 - 二甲基蒽（DMA）、3'-(对氨基苯基) 荧光素（APF）和二氢罗丹明 123（DHR123）[10,40,41]。首先，使用 2',7'- 二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）测定总 ROS 生成能力。结果显示，在白光照射下，2DMeTPA-BT 纳米颗粒和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒均能使 DCFH 的荧光显著增强，表明它们能高效生成 ROS。此外，与 2DMeTPA-BT 纳米颗粒相比，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒在白光照射下的性能更优，这表明 2DMeTPA-2BT 有望成为光动力疗法的候选药物。此外，以 DMA 为指示剂，评估了两种光敏剂在溶液和纳米颗粒状态下的单线态氧（¹O₂）生成能力，并以市售光敏剂二氢卟吩 e6（Ce6）作为对照。在白光照射下，四氢呋喃溶液中的 Ce6 使 DMA 的信号显著降。然而，在聚集状态下，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的 ¹O₂生成性能更优。这些结果证实，纳米颗粒中的聚集通过抑制非辐射跃迁通道，显著促进了 ¹O₂的生成。选择 APF 作为荧光探针检测羟基自由基（・OH）。2DMeTPA-2BT 纳米颗粒在白光照射下，APF 的荧光强度发生明显变化，而纯 APF 和 2DMeTPA-BT 纳米颗粒的荧光强度几乎无变化。为验证过氧化氢（H₂O₂）的生成，使用了 DHR123，结果显示纯 DHR123 在光照下信号无变化，而纳米颗粒在持续光照下，DHR123 的荧光强度逐渐增强。2DMeTPA-2BT 纳米颗粒生成 H₂O₂的能力强于 2DMeTPA-BT 纳米颗粒。
体外实验
通过标准的 CCK8 实验评估了 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒在细胞中的生物相容性。结果显示，即使浓度高达 100 μg・mL⁻¹，4T1 细胞仍保持较高的存活率，表明其在暗处的细胞毒性可忽略不计。然而，在白光照射下，随着 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒浓度的增加，细胞存活率显著下降。这些结果表明，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒能够通过光动力疗法（PDT）杀伤癌细胞。随后，以 HeLa 细胞为模型评估了 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的细胞摄取情况，将 HeLa 细胞与 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒和溶酶体示踪剂（Lyso-Tracker Green）共同孵育。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像显示，孵育 6 小时后，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒可被 HeLa 细胞内化，且所有纳米颗粒均被包裹在溶酶体中，这一点可通过高达 93.44% 的皮尔逊相关系数得到证实。此外，以 DCFH-DA 为指示剂评估了细胞内活性氧的生成情况。在白光照射下，与 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒共同孵育的 HeLa 细胞中，加入 DCFH-DA 后出现绿色荧光信号，证实了细胞内活性氧的高效生成。通过活 / 死细胞染色实验进一步研究了体外光动力治疗效果。结果显示，在 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒 + 光照组中，所有细胞均死亡并被碘化丙啶（PI）染色，呈现红色荧光信号；而在 PBS 组或 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒组中，活细胞被钙黄绿素 - AM（Calcein-AM）染色，呈现绿色荧光信号。
体内光诊疗
鉴于 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒（NPs）在深红色和近红外区域具有较高的亮度，首先对其进行了体内荧光成像研究。将纳米颗粒静脉注射到荷 4T1 肿瘤裸鼠体内 1 小时后，肿瘤部位出现明显的荧光信号，表明其能快速聚集到肿瘤组织中。随后，肿瘤部位的荧光强度逐渐增强，在注射后 6 小时达到最大值，这表明注射后 6 小时可能是后续光动力疗法（PDT）的最佳时间点。在注射后 10 小时处死小鼠，获取肿瘤组织和各器官的离体荧光图像。其中，肿瘤组织中检测到强烈的荧光信号，表明 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒能高效聚集在肿瘤中。受体外显著的光动力治疗效果和良好的肿瘤靶向性启发，本研究以荷 4T1 肿瘤裸鼠为模型，探究了 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒的体内抗癌性能。与以往相关研究类似，本研究使用白光激光器（150 mW・cm⁻²）。尽管白光可能存在组织穿透能力有限和潜在脱靶效应等问题，但在本研究中，2DMeTPA-2BT 与白光激光器的匹配度较高，这也是光动力疗法中激光器选择的另一个考量因素。将荷 4T1 肿瘤裸鼠随机分为 4 组（n=5）：PBS 组、激光组、2DMeTPA-2BT 纳米颗粒组和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒 + 激光组。当肿瘤体积约为 50 mm³ 时，在尾静脉注射 6 小时后进行体内光动力治疗，随后用白光照射（150 mW・cm⁻²，持续 10 分钟）。每 2 天测量一次肿瘤生长速率，治疗过程在第 0、3、6 天进行。结果显示，PBS 组的肿瘤体积在整个治疗过程中持续增大；激光组和 2DMeTPA-2BT 纳米颗粒组的肿瘤也出现生长。然而，2DMeTPA-2BT 纳米颗粒 + 激光组的肿瘤生长受到显著抑制，最终肿瘤消退并结痂，抑制率高达 90%。14 天后的肿瘤图像也证实了这一结果，表明其具有优异的体内光动力治疗效果。
总结
本研究通过一步 Suzuki 偶联反应合成了 D-A-A-D 型有机光敏剂 2DMeTPA-2BT。与 D-A-D 型的 2DMeTPA-BT 相比，2DMeTPA-2BT 的吸收和发射光谱均发生红移，固态下的光致发光量子产率（PLQY）为 25.02%。这种具有双受体的扭曲构象使其具有更小的单重态 - 三重态能隙（ΔEₛₜ）和更大的自旋轨道耦合（SOC），进而具有较长的激发三重态寿命、更快的系间窜越速率（k_ISc）和更高的三重态布居数。这能够同时增强体外和体内光动力疗法（PDT）中的 I 型和 II 型活性氧生成途径。最终，其在体内对肿瘤生长的抑制率达到 90%。
参考文献
Turning Lemons into Lemonade: One-Step Synthesized Dual-Acceptor Organic Photosensitizer to Boost the Photodynamic Therapy,Zhi Wang, Chunyan Liu, Xianshao Zou,* Weijie Chi, Youming Zhang,* Xuwei Luo, Yanzi Xu,* Jia Liu, Ningjiu Zhao, Wei Zhang, Meiyuan Zu, Wenping Yin, Lingjie Meng,* and Dongfeng Dang*,Small 2025, 2411643,https://doi.org/10.1002/smll.202411643
