J Mater Chem B
南京工业大学董晓臣教授和司伟丽研究员、南京信息工程大学欧昌金博士在《Journal of Materials Chemistry B》（IF=6.3）上在发表题目为“Structural effect of NIR-II absorbing charge transfer complexes and its application on cysteine-depletion mediated ferroptosis and phototherapy”的研究论文，该研究以四氰二甲基对苯醌（F4TCNQ）为电子受体单元，二苯基噻吩类衍生物（TPMe、TPEt 和TOCl）为电子给体单元，通过超分子组装，将两者构建成为电荷转移络合物（CTCs），从而设计并合成了具有半胱氨酸响应和NIR-II吸收的电荷转移多功能复合纳米粒子，并研究了其肿瘤诊疗性能。
本文重点
二区近红外光（NIR-II, 1000~1350 nm）具有更深的组织穿透深度和更高的最大允许曝光剂量，NIR-II 吸收的光诊疗试剂在肿瘤治疗和诊断方面的应用前景广阔。由于重金属元素潜在的生物安全性问题，NIR-II 吸收的无机金属或半导体纳米材料在临床应用中受到诸多限制。有机光诊疗试剂具有功能可调性和良好的生物相容性，成为研究热点，但传统的 NIR-II 吸收有机光热试剂是通过共价键将电子给体和电子受体单元连接起来，其合成过程复杂、繁琐，因此亟需发展新型的有机光热试剂。
图 1. 有机光热试剂的设计思路，以及基于NIRF/PA双模态成像的QL-CO探针检测原理示意图。
本研究以 F4TCNQ 和二苯基噻吩衍生物（TPMe、TPEt 和TOCl）为电子受体和电子给体单元，超分子组装构建成了复合物纳米粒子，受体分子含多个氰基，可以特异性地与半胱氨酸发生缩合，形成噻唑衍生物，进而消耗细胞内的半胱氨酸，阻碍谷胱甘肽（GSH）合成，从而降低胞内GSH含量，造成氧化还原失衡和蛋白活性抑制。随着孵育的纳米粒子增加，胞内产生活性氧（ROS）的量逐渐增加，造成氧化应激，进而引起脂质发生氧化，细胞器功能失调，从而诱导细胞凋亡造成铁死亡，这使得该电荷转移复合纳米粒子可以作为铁死亡的诱导剂。与此同时，作者设计了三种不同的电子给体（TPMe、TPEt 和TOCl），分别与受体 F4TCNQ 构建成复合物纳米粒子，研究了其电荷转移能力的强弱，从而造成三种络合物对NIR-II吸收强弱不同，以及光热转换效率不同。
图 2. 三种不同给电子体复合物纳米粒子溶液实验。
图 3. 复合物纳米粒子体外细胞实验。
由于自组装的复合物纳米粒子具有很强的近红外二区的吸收，优异的光热效应，因此该材料在光热治疗（PTT）和光声成像（PA imaging）方面具有非常明显的优势。PTT 和铁死亡的协同作用可以更有效的杀死癌细胞，抑制癌细胞转移；而近红外二区 1064 nm 处的 PA 成像其成像深度也更深，成像效果更好。该研究为设计肿瘤微环境响应的 NIR-II 有机光治疗试剂提供了新的思路。
图 4. 不同时间点下的光声成像，光热成像，以及14天治疗后不同治疗组切除肿瘤的照片和治疗后不同组肿瘤的H&E染色图像。
文章中光声成像部分的实验数据用的是 TomoWave 自主研发的 LOIS-3D 小动物全身 3D 光声成像系统。
论文信息：
Structural effect of NIR-II absorbing charge transfer complexes and its application on cysteine-depletion mediated ferroptosis and phototherapy
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tb/d1tb01696b
TomoWave
近红外一区&近红外二区小动物全身3D光声成像系统
NIR I & NIR II In vivo 3D Optoacoustic Imaging System
TomoWave Laboratories, Inc.
TomoWave China
Tomowave (Suzhou) Medical Imaging Co., Ltd.
联系客服
