本文要点：电子供体/受体（D/A）的操纵显示出创新光学材料的无尽动力。本文设计并研究了基于受体工程的D′-D-A-D-D′（1A系统）和D′-D-A-A-D-D′（2A系统）结构的系统。结果表明， 1A体系表现出弱聚集诱导发射（AIE）到聚集诱导猝灭（ACQ）现象，以及受体亲电性和平面性的增加。与此形成鲜明对比的是，增加一个受体的2A系统表现出相反的ACQ到AIE转换。值得注意的是，在2A系统中更缺电子的A-A荧光团显示出优异的AIE活性。更重要的是，与1A体系中的所有化合物相比，2A体系中的所有化合物均表现出更高的摩尔吸收率（ε）。由于最高的ε、近红外-II（NIR-II，1000-1700 nm）发射、理想的AIE特性、有利活性氧（ROS）产生和高光热转换效率。2A系统的代表成员在荧光-光声-光热多模态成像引导的光动力-光热协同治疗中高效消除肿瘤。同时，还完成了活小鼠血管和淋巴结的NIR-II荧光成像。本研究首次证明双连接受体策略可以成为AIE效应的新分子设计方向，从而产生高ε，聚集增强的NIR-II荧光发射，并改善光疗诊断剂的ROS产生和发热能力。
近红外聚集诱导发光（AIE）物质具有在聚集态下发光的特性，具有潜在的应用于生物成像和光热治疗等领域的优势。然而，目前已知的近红外AIE物质的发光效率较低，限制了其在实际应用中的应用。因此，本研究旨在通过双受体工程来构建第二近红外AIE物质，以提高其发光效率和光热治疗效果。
双受体工程是指在分子结构中引入两个受体单元，以增强分子的光物理性能。通过合理设计受体单元的结构和位置，可以调控分子的发光波长、量子产率和光稳定性等性能。作者成功地合成了一系列具有第二近红外发光特性的AIE物质，并对其光物理性能进行了详细的表征。
多模态光热诊疗是一种将光热治疗与光学成像相结合的治疗方法，可以实现精确的肿瘤治疗和监测。作者团队将合成的第二近红外AIE物质应用于多模态光热诊疗中，通过调控其发光性能和光热转换效率，实现了高效的肿瘤治疗和成像。
目前，电子供体的设计发展迅速，而电子受体工程的研究却很少受到重视。受“多多益善”的思想启发，作者设计并研究了基于受体工程的两个具有D′−D−A−D−D′（1A系统）和D′−D−A−A−D−D′（2A系统）结构的系统。通过这种方法，研究团队成功地构建了具有AIE特性的近红外荧光物质（图1），这些物质在聚集态下具有较高的发光强度和较长的发光波长。这些物质可以用于多模式光热诊疗，提高诊疗效果。
而后，为深入了解两系统的电子物理性质，如图2a-h所示，优化了所有分子的构型，并在此基础上测定并比较了两系统中化合物的性质（图2i-n）。这些结果表明，与 1A 系统中的化合物相比，2A 系统中的化合物表现出更高的非辐射衰变比例和光热转化潜力。
图2. 1A和2A体系中所有化合物优化后的几何构型（a-h）及其相关数据（i-n）。
接着，考虑到化合物优异的AIE特征和位于NIR-II区域的发射波长，使用两亲性共聚物DSPE-mPEG2000将疏水性2TT-2BBTD包封到NPs中，并进行DLS分析（图3a）。由于其优异的性质，2TT-2BBTD纳米粒被选用于进一步的研究和应用。经测定，2TT-2BBTD NPs分别在799和1065 nm处显示出最大吸收和发射（图3b）。此外，作者评价了2TT-2BBTD NPs的ROS产生和光热转化能力（图3c），证实了2TT-2BBTD NPs具有NPs浓度和激光功率密度依赖性温度升高的特性（图3d，e）。这些结果表明，2TT-2BBTD NPs 的发热量可以轻松控制。
其次，作者进行了一系列体外实验，评估了其细胞水平上的协同光疗功效。如图4a所示，2TT-2BBTD NPs通过溶酶体介导的内吞途径进入4 T1细胞。接着，进行CCK-8测定以评价2TT-2BBTD NPs的体外灭杀肿瘤作用（图4 b），结果证明其在激光照射下具有细胞杀伤活性。通过使用荧光素二乙酸酯（FDA）和碘化丙啶（PI）的共染色方法进一步验证2TT-2BBTD NPs的光疗效果。染色结果显示，在PBS、PBS +激光（L）和2TT-2BBTD NPs（黑暗条件）的组中获得了强的绿色荧光信号，而几乎所有负载2TT-2BBTD NPs的4T1细胞在激光照射后均显示细胞死亡（图4c）。此外，还通过流式细胞术分析，以阐明细胞的死亡机制（图4d）。
图4. (a)用Hoechst 33342、FITC-2TT-2BBTD NPs和LysoTracker Red染色后的4T1细胞的CLSM图像。(b)在黑暗或808 nm激光照射下用不同浓度的2TT-2BBTD NPs处理后的4T1细胞的细胞活力。(c)各种处理后4T1细胞的活细胞和死细胞染色。绿色和红色荧光分别表示活细胞和死细胞。(d)用PBS和2TT-2BBTD NPs处理的4T1细胞的流式细胞术分析。
然后，作者进行了一系列体内NIR-II荧光成像和光治疗诊断学实验。评价了纳米粒用于体内近红外-II血管造影的性能（图5a-d）。此外，在施用2TT-2BBTD NPs后，也可以在小鼠的淋巴结中检测到明亮的NIR-II荧光信号（图5e）。这些结果说明了2TT-2BBTD NPs有效的体内NIR-II成像能力。
最后，基于原位4T1乳腺肿瘤小鼠模型研究了2TT-2BBTD NPs的多模式成像引导光疗性能。首先，估计NIR-II FLI和2TT-2BBTD NPs在肿瘤部位中的积累能力（图6a）。与FLI的结果一致，光声信号也在尾静脉注射后12 h呈现最大水平，并维持24 h（图6b）。根据图6c中所示的红外热图像，再次证明了2TT-2BBTD NPs的可靠光热转换性能。随后，评估了2TT-2BBTD NPs的体内抗肿瘤功效，如图6d所示，在2TT-2BBTD NPs加激光照射的光疗组中，实体瘤的生长被彻底抑制，并且肿瘤在第3天几乎被消除。另外还通过肿瘤切片的组织学和免疫组织化学分析来验证2TT-2BBTD NPs的体内治疗机制。如图6 e所示，苏木精和伊红（H&E）测定显示，在2TT-2BBTD NPs加激光照射的治疗组中证实了肿瘤组织的广泛破坏。此外，系统地评价了2TT-2BBTD NPs的体内生物安全性。在整个治疗过程中，观察到这四个组的生长趋势相似，体重减轻可忽略不计。（图6 f）
图6. (a)分别静脉注射2TT-2BBTD NPs后不同时间，原位4T1乳腺荷瘤BALB B/c小鼠的NIR-II FLI和（b）PAI。(c)通过静脉内注射2TT-2BBTD NPs处理4T1荷瘤小鼠， 12 h后分别用808 nm激光照射2、4、6和8 min的PTI。(d)4T1荷瘤小鼠（n = 5）分别在各种治疗后的时间依赖性肿瘤生长曲线。(e)各种治疗下肿瘤组织的H&E、TUNEL、CD31和Ki67染色分析。(f)治疗期间4T1荷瘤小鼠（n = 5）的体重变化。
总的来说，这篇文章介绍了一种新型近红外二区AIE物质的构建方法和其在多模态光热诊疗中的应用。该研究对于发展高效的肿瘤治疗和成像技术具有重要意义，为生物医学领域的研究提供了新的思路和方法。
参考文献
Yang, S.; Zhang, J.; Zhang, Z.; Zhang, R.; Ou, X.; Xu, W.; Kang, M.; Li, X.; Yan, D.; Kwok, R. T. K.; Sun, J.; Lam, J. W. Y.; Wang, D.; Tang, B. Z., More Is Better: Dual-Acceptor Engineering for Constructing Second Near-Infrared Aggregation-Induced Emission Luminogens to Boost Multimodal Phototheranostics. Journal of the American Chemical Society 2023, 145 (41), 22776-22787.
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