内容提要
我们提出一种简单的电子供体平面扩展策略，以开发用于 NIR-II 光热治疗、具有电荷转移（CT）介导 J - 聚集的供体 - 受体 - 供体（D-A-D）型小分子。通过将稠环噻吩单元整合到BBTDT骨架中，实现了可调的静电和 π-π 相互作用，促进了 CT 介导的 J - 聚集体形成。所得的 BDTT 纳米粒子在 1064nm 激发下表现出强的光捕获能力，产生了卓越的光热性能，超越了已报道的 D-A-D 型 NIR-II 吸收小分子。这种出色的 NIR-II 光热特性可诱导足够的免疫原性细胞死亡，并与程序性细胞死亡蛋白 1（PD-1）联合增强对深部肿瘤的最终消融。同时所制备的 BDTT 纳米粒子还可促进热疗触发的细菌死亡。
J - 聚集主要由电子、分子间氢键、疏溶剂和 π-π 堆积相互作用驱动。因此，在 BBTDT 骨架上引入不同的电子取代基，有望通过显著改变分子间相互作用，促进分子单体的滑移堆积运动。在 BBTDT 核心末端引入具有不同环状结构的稠环噻吩（如噻吩（T）、二噻吩（DT）和二噻吩 [3,2-b:2',3'-d] 噻吩（DTT）），以调节分子间的 π-π 相互作用和表面静电势分布。与六元环供体相比，五元环噻吩衍生物因空间位阻较小，更有利于促进紧密堆积。此外，远离 BBTDT 核心的烷基链可改善溶解性，同时最大限度减少主链扭曲对分子间激子耦合的不利影响。BT、BDT 和 BDTT 的四氢呋喃（THF）溶液在近红外 I（NIR-I）区域表现出宽吸收带，最大波长在 809-837 nm 范围内。由于分子聚集，BT、BDT 和 BDTT 的乙腈（MeCN）溶液在 NIR-II 区域表现出宽吸收带。与 BDTT 的 THF 溶液吸收光谱相比，可观察到 BDTT 的 MeCN 溶液吸收光谱发生红移。BDTT 的 MeCN 溶液在 700-1300 nm 范围内有吸收，最大吸收在 1105 nm 处。透射电子显微镜（TEM）显示，BDTT 在 MeCN 中形成直径约 200 nm 的层状球形纳米粒子，表明形成了高度有序的 J - 聚集体。为了探索 BDTT 通过自组装形成 J 型聚集体的能力，获取了不同 MeCN/THF 比例下 BDTT 的吸收光谱。向 THF 溶液中加入 MeCN 降低了 BDTT 在 837 nm 处的吸收峰强度，并将最大吸收红移至 1105 nm，形成宽吸收峰（FWHM=334 nm）。同时，BDTT J - 聚集体的 MeCN/THF 溶液的荧光发射急剧淬灭。这些结果表明存在强烈的短程 CT 介导耦合，与已报道的 D-A-D 骨架的吸收结果一致 [51-53]。此外，在高水含量（95%）的水溶液中，BDTT 呈现出清晰的 J - 吸收带，强度增强 3.3 倍，进一步支持了 BDTT 的 MeCN/THF 溶液中 MeCN 含量增加后 J - 聚集体的形成。在 MeCN/THF 溶液中，随着 BDTT 浓度的增加，可观察到 BDTT 从单体逐渐转变为 J - 聚集体，证实了 J - 聚集体的浓度依赖性生长。此外，当减少稠合噻吩环的数量（BT 和 BDT）时，J - 带消失。光学吸收分析表明，需要强大的驱动力来促进 BBTDT 骨架内 J - 聚集体的形成。
BDTT J - 聚集体优异的 NIR-II 吸收性能促使我们研究其光热性质。为了实现良好的稳定性和长期血液循环，BDTT J - 聚集体通过与二硬脂酰磷脂酰乙醇胺 - 甲氧基聚乙二醇（DSPE-mPEG5000）自组装制成纳米粒子（NPs）。动态光散射（DLS）和 TEM 分析表明，所制备的 NPs 呈球形，流体力学直径约为 150 nm。值得注意的是，与相应的 BDTT 单体相比，BDTT NPs 的紫外 - 可见 - 近红外吸收光谱显示出较大的红移。BDTT NPs 在 NIR-II 区域呈现吸收峰，作为特征性 J - 带，并具有浓度依赖性生长。此外，BDTT NPs 在 1064 nm 处的 ε₁₀₆₄测定为 2.796×10⁴ M⁻¹・cm⁻¹，表明 BDTT NPs 具有强大的 NIR-II 光捕获能力。通过记录 1064 nm 激光照射（1.0 W/cm²）下的温度变化来评估 BDTT 纳米粒子的光热效应。BDTT 纳米粒子溶液（80 μM）在 1064 nm 激光照射下 5 分钟内温度可从 25°C 升至 82°C（ΔT=57°C），表现出浓度依赖性光热效应。由于 J - 聚集体的形成，BDTT 纳米粒子在 1064 nm 处的光热加热能力显著强于 BT 纳米粒子和 BDT 纳米粒子。BDTT 纳米粒子的光热转换效率（PCE）计算为 71.3%，其 ε1064×PCE 值计算为 1.99×10⁴，高于已报道的基于 D-A-D 型有机小分子的近红外二区光热材料。
BDTT 纳米粒子上述优异的光热效应促使进一步探索其近红外二区光声（PA）性能。BDTT 纳米粒子在 1064 nm 激光照射下表现出优异的浓度相关近红外二区光声信号，表明 J - 聚集体的强烈近红外二区吸收主导了光声响应。为了研究 BDTT 纳米粒子在深层组织中的光声响应，使用不同厚度（0、2、4、6、8、10 和 12 mm）的鸡组织作为测试样本。BDTT 纳米粒子的光声信号强度随组织厚度的增加呈指数衰减。值得注意的是，即使组织厚度高达 12 mm，在 1064 nm 激光照射下仍可清楚地区分光声信号。因此，合成的近红外二区吸收 J - 聚集 BDTT 纳米粒子作为光热剂是用于单 1064 nm 激光触发近红外二区光声成像和近红外二区光热治疗的光热诊疗应用的优秀候选者。令人鼓舞的体外结果进一步促使我们研究 BDTT 在体内近红外二区光声成像中的潜力。为了检测 BDTT 纳米粒子在体内的生物分布，在荷皮下肿瘤的 BALB/c 小鼠静脉注射 BDTT 纳米粒子（150 μL，800 μM）后进行实时近红外二区光声成像。来自肿瘤区域的近红外二区光声信号强度随时间逐渐增加，并在注射后 24 小时达到最大值，表明 BDTT 纳米粒子具有强大的肿瘤靶向能力。36 小时后，光声信号强度呈现轻微下降趋势。因此，基于定量结果，将光热治疗的最佳时间设定为 24 小时进行进一步分析。此外，在离体研究中观察到肿瘤区域有显著的光声信号强度，表明 BDTT 纳米粒子成功积累。BDTT 纳米粒子在肝脏和脾脏中的积累趋势较高，而在其他器官中的积累趋势较低，这可以通过所制备的 BDTT 纳米粒子的高代谢活性来解释。进一步取出小鼠的主要器官进行苏木精 - 伊红（H&E）染色，结果表明主要组织中无显著差异，强调了 BDTT 纳米粒子优异的体内生物安全性。
我们探索了基于 BDTT 纳米粒子的近红外二区光热治疗的抗肿瘤效果。在进行光热治疗之前，使用共聚焦显微镜检测 BDTT 纳米粒子的细胞内摄取和分布。由于 BDTT 纳米粒子不发光，首先将异硫氰酸荧光素（FITC），一种商业荧光团，包封在 BDTT 纳米粒子（FITC@BDTT 纳米粒子）中作为荧光探针。将 FITC@BDTT 纳米粒子与 CT26 细胞共培养 12 小时后，在 CT26 细胞中可观察到清晰的绿色荧光信号，表明细胞成功内化。随后，通过覆盖不同厚度的鸡胸肉组织来评估 BDTT 纳米粒子的体外深层组织光热治疗效果。在没有鸡肉组织的情况下，不同激光激发（808 nm 和 1064 nm）后观察到类似的光毒性效应，表明对细胞存活率的影响可忽略不计。值得注意的是，随着组织厚度的增加，1064 nm 激光触发的光热治疗诱导的细胞存活率低于 808 nm 激光照射，这表明 BDTT 纳米粒子介导的近红外二区光热治疗具有强大的肿瘤细胞消融能力。为了直接可视化不同激光产生的光热治疗效果，分别用钙黄绿素 - AM/PI（绿色 / 红色荧光）对肿瘤细胞进行共标记。对于光热测试，将 4 mm 厚的鸡肉组织放置在图所示的孔板上。与 808 nm 激光激发相比，在 1064 nm 激光激发下，BDTT 纳米粒子孵育的肿瘤细胞中观察到更广泛和明亮的红色荧光。这些结果证明了 BDTT 纳米粒子卓越的近红外二区光热治疗效果，其更适合深部肿瘤组织的光热消融。
尽管新兴的免疫检查点阻断治疗在肿瘤管理方面已取得显著成功，但其治疗效果受到免疫原性细胞死亡（ICD）不足的限制 。肿瘤细胞的光热消融可导致损伤相关分子模式（DAMPs）的释放，包括钙网蛋白（CRT）、高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）和三磷酸腺苷（ATP），从而增强与免疫治疗结合的后续免疫激活效应。通过免疫荧光评估不同处理后肿瘤细胞中 CRT 的暴露和 HMGB1 的分泌。BDTT 纳米粒子介导的光热治疗在 808 nm 和 1064 nm 激光激发下均显著促进肿瘤细胞中 CRT 的表达和 HMGB1 的分泌，表明 BDTT 纳米粒子介导的近红外二区光热治疗可有效诱导 ICD。
我们研究了金黄色葡萄球菌感染的皮肤伤口的体内小鼠模型，并监测了 12 天内的各种治疗效果。在治疗期间，PBS 组和纳米粒子组表现出厚厚的脓痂。与其他组相比，纳米粒子 + L 组和 Van 组证明渗出和化脓较少。纳米粒子 + L+Van 组的抗菌和伤口愈合性能优于其他组。用纳米粒子 + L+Van 治疗后的感染部位看起来光滑，没有任何脓疱。此外，在治疗期间任何组均未发生体重减轻。为了进一步定量研究各种治疗方式的结果，收集感染组织并使用平板菌落计数法计数存活细菌数量。纳米粒子 + L+Van 组的存活细菌数量显著低于其他四组。此外，进行 H&E 和吉姆萨染色以评估伤口组织的病理变化。H&E 染色图像显示 PBS 组和纳米粒子组中存在坏死并伴有大量中性粒细胞浸润，表明感染诱导的炎症反应。然而，纳米粒子 + L+Van 组表现出最小的坏死面积和最少的炎症细胞数量。同样在图中，吉姆萨染色图像显示 PBS 组、纳米粒子组和 Van 组中存在外周细菌浸润。相比之下，纳米粒子 + L+Van 组证明外周细菌浸润受到抑制。总之，基于 BDTT 纳米粒子的近红外二区光热治疗可有效抑制细菌生长，同时最大限度减少与抗生素使用相关的不利影响。综上所述，基于 BDTT 纳米粒子的近红外二区光热治疗在预防肿瘤切除术后细菌感染方面具有巨大潜力。
总结
通过简单的电子供体调控可成功在经典 D-A-D 型 BBTDT 骨架中诱导滑移排列，从而生成理想的 J - 聚集体。所制备的 BDTT 纳米粒子表现出优异的光热性能，其 ε₁₀₆₄×PCE 值达 1.99×10⁴。体外和体内数据均证实，BDTT 纳米粒子在 NIR-II 光声成像（PAI）引导下的光热治疗（PTT）可有效诱导免疫原性细胞死亡（ICD），并与免疫治疗联合增强对深部肿瘤的最终消融效果。
参考文献
Electron-donor planar extension based on donor–acceptor–donor molecules generates charge transfer-mediated J-aggregates for NIR-II photothermal immunotherapy and bacterial elimination,Pengfei Chen , Liuliang He , Kai Chen, Qiyong Pan , Jie Rong , Qunbo Mei , Pengfei Sun * , Chi Zhang **, Daifeng Li ***,Biomaterials 323 (2025) 123435,https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123435
