恒光讲堂|不对称花菁染料经体内内源性白蛋白实现高效的NIR-II/光声成像和光热治疗

2021-11-26 20:17:53, 恒光智影 上海恒光智影医疗科技有限公司


本文要点:本文作者基于不对称花菁染料设计策略,将ICG其中的一个苯并吡啶电子供体替换为萘吡咯电子供体,成功合成了具有高消光系数的花菁染料NIC。通过将白蛋白结合基序tEB以及靶向配体c(RGDfc)引入分子中,赋予NIC-ER白蛋白结合和主动靶向的能力。NIC-ER在1030nm处具有显著的发射,在HSA中,NIC-ER表现出明亮的NIR-II发射,具有较高的光稳定性和显著的斯托克斯位移。能够以高信号背景比和较深的穿透深度,实现肢体、大脑和腹部区域小血管的无创成像。此外,NIC-ER还成功应用于靶向肿瘤成像(NIR-II荧光/PA协同成像)和高效肿瘤消除(光热疗法)。





图1. NIC和NIC-ER的合成策略以及光物理性质表征


与最大吸收位于800nm的ICG-COOH相比(图1a),NIC存在大约100nm的红移(图1b)。在950nm处显示最大发射峰,在1030nm处也存在信号(图1d)。将NIC-ER染料与HSA混合后,由于蛋白结合效应,随着HSA含量的增加,吸收峰和肩部的强度均增加,相对于较短波长吸收(800nm),900nm处的吸收增强更多(图1e)。950nm处的较小发射峰和1030nm处的较高发射峰均增强,荧光强度增加89倍(图1f)。


图2. 小鼠脉管系统NIR-II荧光成像


尾静脉注射NIC-ER探针,在915nm激光下激发,用1250nm长通滤光片进行拍摄,小鼠后肢血光可以清晰地分辨出来(图2a),显示该探针在NIR-II荧光成像上的高空间分辨率。此外,也可以对整个腹部的血管进行荧光成像(图2b)。在对更深位置处,如脑部血管进行成像时,可以清晰地分辨出大而细的血管(图2c)。对裸鼠后爪皮内注射NIC-ER后,可以清晰地对腘窝淋巴结和淋巴管进行NIR-II荧光成像。


图3. 不同时间点,4T1荷瘤鼠NIR-II荧光成像(a)以及光声成像(b)


通过尾静脉向4T1荷瘤裸鼠注射NIC-ER。在注射后1min、1h、2h、6h、12h和24h进行体内NIR-II成像。在1min时,从成像数据中可以清楚地观察到肿瘤供血血管。在实验期间,肿瘤部位的信号强度逐渐增强,在注射6-24h后,肿瘤部位处清晰可见。NIC-ER在NIR区表现出较强的吸收,在PA成像方面具有很大的潜力。尾静脉注射后,肿瘤组织的PA信号随着时间逐渐增强,与NIR-II荧光成像行为一致,两种成像结果表明,该探针在组织定位与术中手术的边缘评估方面具有突出的前景。


图4. 体内光热治疗研究


静脉注射NIC-ER探针12h后,用 913nm激光连续照射小鼠肿瘤5min,连续监测14天。可以发现,相比于对照组,NIC-ER通过光热治疗显示出极好的抗肿瘤疗效,4T1肿瘤的生长被完全抑制,并且在实验期间没有复发,另外,在此期间,小鼠的体重没有发生明显的变化,说明光热疗法具有良好的耐受性。通过HE染色,光热治疗组肿瘤组织的凋亡细胞显著增加,且治疗组肿瘤组织增殖能力明显低于对照组。


参考文献

Pei Jiang and Jing Wang, Unsymmetrical cyanine dye via in vivo hitchhiking endogenous albumin afords high-performance NIR-II/photoacoustic imaging and photothermal therapy. J Nanobiotechnol (2021) 19:334. 


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