本文要点：在近红外二区范围下进行光热治疗和在NIR-IIb区域荧光成像已成为光疗诊断学中最有前途的技术。它们的组合能够同时实现高分辨率光学成像和深穿透光疗，这对于高性能光疗诊断学至关重要。因NIR-IIb区荧光成像具有低组织自发荧光、较少的光子散射和深组织穿透的优点，故其已经作为一种新型体内荧光成像技术。与其他材料相比，稀土基纳米粒子具有优异的生物相容性和独特的光学特性，近年来已成为高效的 NIR-IIb 成像剂。
本文首先合成了具有供体-受体-供体（D-A-D）型结构的羧基官能化有机小分子（Se-TC），设计并成功制备了具有显著NIR-IIb发射的多层稀土纳米粒子（RENP）。然后，通过Se-TC和RENP之间的配位以及随后的F127封装，构建了水溶性有机-无机混合纳米光疗诊断剂。
Se-TC的羧基可为稀土掺杂的纳米颗粒提供强大的结合亲和力，这有助于提高所获得的Se-TC@RENP@F在水溶液和血液中的稳定性。Se-TC@RENP@F表现出优异的NIR-II吸收，以及出色的光稳定性。在1064 nm激光照射下，可以实现高达36.9%的PCE值，表现出突出光热效应，能够有效的抑制肿瘤生长。
通过DLS确定流体动力学直径为约110 nm（图2a）。值得注意的是，Se-TC@RENP@F显示出高稳定性（图2b）。此外，作者分析了Se-TC@RENP@F的荧光光谱（图2c），Se-TC@RENP@F发射出显著的NIR-IIb荧光信号。此外，Se-TC@RENP@F的优异的光稳定性也通过连续激光照射得到证实（图2d）。
随后，作者研究了Se-TC@RENP@F的NIR-II可激发光热转换能力。用1064 nm激光照射5分钟， Se-TC@RENP@F的温度升高至60.3℃，但纯水温度的升高忽略不计（图3a）。同时，随着浓度的增加，可以实现更高的温度升高。收集不同浓度的Se-TC@RENP@F的红外（IR）图像，并用于证明相应的温度变化（图3b）。此外，探究了 Se-TC@RENP@F在具有不同激光强度的激光照射下的光热效应（图3c）。其的光热效应表现出激光强度依赖性，即激光的功率密度越高，样品温度越高。Se-TC@RENP@F在四个加热/冷却循环后保持可忽略的温度变化，表明Se-TC@RENP@F在实验条件下具有优异的光热稳定性（图3d）。基于加热/冷却循环，Se-TC@RENP@F在1064 nm处的PCE计算为36.9%（图3e、f）。
图3. 通过改变（a）SeTC@ RENP @F浓度（1064 nm激光照射）和（c）激光强度来评估Se-TC@ RENP @F的光热效应 (b) 不同浓度的Se-TC@RENP@F的IR热图像。（d）Se-TC@RENP@F的光热稳定性的评价。(e)Se-TC@RENP@F和水在1064 nm激光照射下的温度变化曲线，然后在没有激光的情况下自然冷却。(f)线性冷却时间与−ln（θ）的关系，由（e）的冷却时间获得
接下来，作者研究了Se-TC@RENP@F的生物安全性。如图4a所示，Se-TC@RENP@F对NIH-3T3正常细胞表现出可忽略的细胞毒性，表明其在体外具有良好的生物安全性。在将Se-TC@RENP@F注射到健康小鼠中后，发现可忽略的体重减轻，进一步表明Se-TC@RENP@F在体内具有良好的生物安全性。在此基础上，作者研究了Se-TC@RENP@F对HeLa癌细胞的体外光热消融作用。根据MTT测定的结果（图4 b），在没有激光照射的情况下观察到Se-TC@RENP@F的毒性不明显。然而，在1064nm激光照射下，由于Se-TC@RENP@F的光热效应，HeLa细胞的存活率明显降低，且呈浓度依赖性。此外，通过活/死细胞染色测定来进一步证实Se-TC@RENP@F的体外治疗效果。钙黄绿素AM和PI分别用于对活细胞和死细胞进行染色。如图4c所示，在没有激光处理的情况下，用Se-TC@RENP@F孵育的细胞保持存活（宽绿色荧光），而Se-TC@RENP@F +激光组中的细胞几乎完全被杀死（强红色荧光）。这些数据证实了Se-TC@RENP@F的生物相容性和光热治疗能力。
图4. （a）通过MTT测试 Se-TC@RENP@F 的生物相容性。通过(b) MTT 和 (c) 活/死细胞染色法评估 Se-TC@RENP@F 在1064纳米激光照射下的处理效果
最后，研究了Se-TC@RENP@F的NIR-IIb荧光成像。检查了不同浓度的Se-TC@RENP@F的体外NIR-IIb荧光强度（图5a）。随着浓度的增加，荧光强度和亮度均升高。然后，在异种移植HeLa肿瘤的小鼠中研究Se-TC@RENP@F的体内NIR-IIb FLI能力。小鼠静脉注射Se-TC@RENP@F后5 min可观察到血管结构（图5 b）。通过将SeTC@RENP@F注射到其他小鼠中进一步测量在不同时间点的肿瘤区域的NIR-IIb信号强度。如图5c、5d所示，由于纳米颗粒通常通过网状内皮系统从血液循环中消除，Se-TC@RENP@F也逐渐在肝脏和脾脏中积累。因此，由于NIR-IIb区域中光子的高穿透性，这些深埋的器官可以被清楚地观察到（图5c）。
图5. （a)不同浓度下Se-TC@RENP@F的NIR-IIb荧光强度和NIR-IIb亮度。(b)所选容器的半高全宽和SBR的测定。（插图：Se-TC@RENP@F注射后5分钟的NIR-II血管造影术）(c)基于Se-TC@RENP@F的小鼠在不同时间点的NIR-IIb FLI（黄色圆圈代表肿瘤面积）。(d)肿瘤区域在不同时间点的NIR-IIb信号强度。
目前，在NIR-IIb区域的荧光成像和在NIR-II窗口的光热治疗已经成为目前光疗法中探索最多的方面。它们的结合被认为是成像引导光疗最有前途的方法之一。作者合理地设计并成功开发了高性能的混合型光电转换器Se-TC@RENP@F纳米制剂，特别是用于NIR-IIb-FLI引导的NIR-II激发的PTT。纳米试剂基于新型羧基官能化小分子Se-TC、稀土基NIR-IIb荧光团RENP和两亲性嵌段共聚物F127。在1064nm激光照射下，可以实现高达36.9%的PC，有效抑制肿瘤细胞生长。Se-C@RENP@F实现清晰的血管成像和准确的肿瘤诊断。总体而言，本研究为设计用于癌症诊断和治疗的纳米制剂提供了一种概念验证策略，并为开发各种高性能的光电纳米制剂带来了巨大的前景。
参考文献
Wang, Q.; Zhang, X.; Tang, Y.; Xiong, Y.; Wang, X.; Li, C.; Xiao, T.; Lu, F.; Xu, M., High-Performance Hybrid Phototheranostics for NIR-IIb Fluorescence Imaging and NIR-II-Excitable Photothermal Therapy. Pharmaceutics 2023, 15 (8).
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