纳米探针 | 利用放射性标记AIE探针作为PET/NIR-II荧光引导光热治疗的双模成像剂

2023-06-08 14:32:35, 恒光智影上海恒光智影医疗科技有限公司

本文要点：本文设计并制备了一种放射性标记的基于聚集诱导发光光源（AIEgens）的有机光热剂（OPTAs），用于PET/荧光成像引导的双峰乳腺肿瘤光热治疗。制备的多功能纳米粒子(68Ga-TPA-TTINC NPs)具有NIR-II荧光、γ辐射和光热转化特性，在体外可被肿瘤细胞有效吸收并诱导活性氧爆发，能进一步促进体内肿瘤的光热治疗。更重要的是，该纳米探针可以通过PET和NIR-II荧光成像靶向并清晰地显示4T1肿瘤异种移植物，瘤肌比高达4.8，为乳腺肿瘤治疗提供了一种很有前景的工具和解决方案。

引言：

近年来，光热疗法(photothermal therapy, PTT)作为一种依靠光激活引起肿瘤组织热疗的疗法受到了广泛关注。与传统的OPTAs相比，通过结构优化，AIEgens具有优越的光稳定性和高光热转换效率（PCE）。此外，基于AIEgens 的有机光热机可以被封装到两亲性聚合物中，形成水溶性纳米颗粒(NPs)，供体外和体内使用。AIEgens通常在可见光(400-700 nm)和近红外一区(NIR-I, 700-900nm)区域发出明亮的荧光。

然而，通过在特定的共轭结构中引入强电子供体(D)和受体(A)单元，具有D-A-D和A-D-A结构的AIEgens表现出很强的光敏能力。这些AIEgens可以通过偶极子辐射跃迁将部分光子能量从激发光转化为NIR-II荧光(1000-1700 nm)，从而实现更深的组织穿透和高分辨率成像。最近报道的采用D-π-A结构的NIR-II型AIEgens具有优异的荧光发射和PCE，为设计具有平衡荧光和PTT效率的AIEgens提供了很好的例子。此外，这些AIEgens用于NIR-II荧光成像引导的乳腺肿瘤PTT，治疗效果良好。

特异性放射性示踪剂的正电子发射断层扫描(PET)是一种非常灵敏的临床疾病诊断成像技术，具有无限的组织穿透性。我们开发了一种具有NIR-I发射的放射性标记AIEgen，用于具有有效细胞摄取的乳腺肿瘤细胞的PET/荧光成像。

结果与讨论：

1：有机光热剂TPA-TTING合成路线如图1所示

图1

图2

为了评估TPA-TTINC的物理性质，图2各图分别测量了(A)TPA-TTINC在DMSO中的吸收光谱。(B) TPA-TTINC在不同甲苯组分的DMSO/甲苯混合物中的发射光谱。λex = 615 nm。(C) 750 nm激光(0.5 W/cm²)照射27 min，自然冷却后，TPA-TTINC在DMSO中的温度分布。(D) DLS和TEM分析TPATTINC NPs的大小分布。比例尺:50 nm。(E) TPA-TTING在水中的吸收和发射光谱。(F) 750 nm激光(0.5 W/cm²)照射22 min后水中TPA-TTINC NPs的温度分布，随后自然冷却，冷却时间与TPA-TTINC NPs驱动力温度负自然对数的线性拟合。图2C表明其光热转换效率较强。

图3

团队针对AIEgen TPA-TTINC水溶性差和肿瘤靶向能力不足的问题，采用纳米沉淀法将其封装为两亲性聚合物DSPE−mPEG2k，形成水溶性纳米颗粒（NPs），通过增强的渗透和保留EPR效应，可有效被肿瘤摄取。

然后，通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)成像评估TPA-TTINC NPs在4T1细胞中的细胞成像性能和细胞摄取。如图3A所示，Lyso-Tracker Green的绿色发射揭示了溶酶体的位置，红色发射显示了线粒体的位置，而TPA-TTINC NPs的蓝色发射与绿色发射和红色发射重叠，系数分别为0.75和0.58。结果表明，AIE NPs被4T1细胞有效摄取，主要积累在4T1细胞的溶酶体和线粒体中。细胞成像显示溶酶体和线粒体可能是肿瘤治疗的有用靶标。

如图3B显示在AIE NPs孵育4小时后，激光照射4T1细胞10分钟后，4T1细胞出现强烈的红光发射，并且随着激光功率密度的增加，4T1细胞中红光发射的比例增加，这表明TPA-TTINNC NPs对癌细胞具有良好的光消融能力。

如图3C所示，AIE+激光组可见明显的绿色荧光，而其他组未见明显的荧光。AIE+激光组荧光更亮，激光功率更强。结果显示，激光照射或单独AIE NPs处理的4T1细胞大部分保持正常状态，而随着激光功率密度的增加，凋亡和坏死细胞的比例显著升高，说明TPA-TTINC NPs在激光照射下可有效诱导肿瘤细胞凋亡和坏死。

图4

如图4A所示，静脉注射TPA-TTINC NPs后，肿瘤部位的荧光信号在5小时内稳步增强，并逐渐减弱。肿瘤/肌肉荧光信号比在注射后5小时呈现相同的趋势，最大值为~4.8，可视为进一步治疗电导的理想时间点(图4B),离体组织成像显示，TPA-TTINC NPs主要聚集在肝脏、脾脏、肺、肾脏和肿瘤(图4C), H&E染色进一步证实了肿瘤组织的病理组织学改变，红色染色的胶原纤维包裹着致密的4T1肿瘤细胞，有丝分裂核仁(图4D)。如图3E所示，注射68Ga-TPA-TTINC NPs后，主要器官的γ信号在3小时内保持稳定，而肿瘤部位的γ信号在0.5 - 3小时内逐渐增强，说明68Ga-TPA-TTINC NPs具有肿瘤蓄累性和靶向性。生物分布分析显示，放射性标记的NPs主要积聚在肝、肺、肾和肿瘤中(图4F)，这与荧光成像结果一致。肿瘤/肌肉比从0.5 h时的1.37±0.16迅速增加到1 h时的1.97±0.56，并在随后的2 h内保持相对稳定(图4G)，表明注射的NPs对肿瘤有有效的吸收和保留。

图5

如图5A所示，注射PBS(第一行)或TPATTINC NPs(第三行)后，肿瘤表面温度保持稳定，而激光单独照射(第二行)时，肿瘤表面温度在10分钟内从29.4℃缓慢升高到38.1℃，TPA-TTINC NPs联合激光照射(第四行)时，肿瘤表面温度在10分钟内从28.4℃迅速升高到55℃左右。不同组温度随时间的变化如图5B所示。3个对照组的肿瘤体积稳步增大，而“AIE+激光”组的肿瘤在观察期内受到明显抑制和明显缩小(图5C)。如图4E所示，对照组肿瘤大小相似，而“AIE+激光”治疗的实验组肿瘤大小要小得多，说明TPA-TTINC NPs光热治疗效果强。H&E染色进一步显示“AIE+激光”组对肿瘤组织的治疗效果，组织损伤较大，而其他组的形态和细胞核(蓝色染色)保持正常(图5F)。

图6

图6的AB证明了证实了经TPA-TTINC NPs扩增的PTT对肿瘤破坏的有效性和体内使用的良好生物相容性。

讨论：

文献报道了一种基于NIR-II AIEgen的纳米探针，用⁶⁸Ga进行放射性标记，用于荧光/PET双峰成像引导的乳腺癌光热治疗。利用甲氧基取代的TPA基团和吲哚基团作为强电子给体和受体构建了AIEgen (TPA-TTING)，其独特的D-π-A结构使其在1000 nm处具有较强的红/近红外光吸收和NIR- II发射。过纳米沉淀法形成聚合物包封纳米粒子(TPA-TTINC NPs)后，AIE NPs的光物理性质保持不变。为了增强对深层组织的穿透能力，纳米探针与放射性核素⁶⁸Ga进行了螯合，从而表现出优异的生物成像功能和较强的光热转换效率。体外细胞实验结果表明，TPA-TTINC NPs在激光照射下可被肿瘤细胞有效摄取，诱导肿瘤细胞凋亡和坏死。另一方面，体内PET/NIR-II成像研究证实，TPATTINC NPs具有较强的肿瘤靶向性和蓄积能力，肿瘤/肌比高达4.8。经过关键性和系统性的生物安全性研究，激光照射下注射TPA-TTINC NPs后，4T1荷瘤小鼠肿瘤体积大幅缩小95.5%，显示出较强的光热治疗效果。因此，PET/NIR-II AIEgen纳米探针用于4T1肿瘤小鼠模型的双峰成像和光热治疗，可能会激发更多的研究进展，开发多峰、多功能AIE探针用于临床治疗。

参考文献

Yu, K.; Huang, H.; Zhang, H.; He, Q.; Fu, Z.; Zhang, H.; Zhang, Q.; Mao, Z.; Tian, M., Radiolabeled AIE Probes as Dual-modality Imaging Agents for PET/NIR-II Fluorescence-Guided Photothermal Therapy. Chem Asian J 2023, 18 (11), e202300189.

⭐️ ⭐️ ⭐️

近红外二区小动物活体荧光成像系统 - MARS

NIR-II in vivo imaging system