基于花菁染料（Cy5）的纳米声敏剂用于癌症诊断与治疗研究

Cancer sonodynamic therapy with deep tissue penetration, facile operation and minimal side effects has attracted increasing attention recently. Current sonosensitizers are lack of variety and multi-functionalities, which barely meet the demands of accurate theranostics. In this project, we will adopt squarylium cyanine dyes (Cy5) with excellent optical characteristics and stability to prepare a series of multi-functional theranostic agents. Then nano sonosensitizers will be constructed through self-assembly for cancer fluorescence imaging and sonodynamic therapy (SDT). The size, optical properties, sonodynamic and cancer cell inhibition abilities will be evaluated. The aggregation effect of Cy5 on the sonodynamic efficiency is preferentially studied to achieve the optimized SDT performance. Moreover, oxygen loading and deliver strategies will be included to alleviate tumor hypoxia and elevate tumor inhibition efficiency. On the other hand, in vivo fluorescence imaging will be conducted to monitor the localization of nano sonosensitizer at tumor region and identify the optimal treatment time when the agent reach the maximum concentration. To conclude, our project will offer a new option for elevating the sonodynamic effect of organic dyes, providing fundamental basis for the development of multi-functional sonosensitizers.

癌症声动力疗法具有组织穿透深度深、实施简便、副作用小等优点。现有的有机类声敏剂种类单一、功能受限，难以满足肿瘤精确诊疗的需求。本项目选用光学性能优异、稳定性良好的吲哚方酸菁（Cy5）染料，拟合成一系列多功能诊疗分子，并利用自组装技术构建纳米声敏剂，用于肿瘤的荧光成像及高效声动力治疗。通过研究声敏剂的纳米性能、光学性能、声动力性能及细胞毒性评估其诊疗能力。其中，拟深入研究自组装Cy5的聚集过程对其声动力性能的提升机理，并指导纳米声敏剂的性能优化。进一步，设计纳米声敏剂载氧策略，将氧输送至癌细胞及肿瘤组织，为声动力提供氧气源并缓解肿瘤乏氧情况，增强治疗效果。拟通过活体荧光成像检测纳米声敏剂在小鼠肿瘤部位的富集情况，以指导声动力治疗的最佳治疗时间。本项目的研究有望提供一种有机染料增强声动力治疗效果的新思路，为多功能纳米声敏剂的研发提供理论基础。

基于有机染料分子的光诊疗材料在肿瘤等重大疾病诊疗领域应用潜力巨大，其中的重点和难点问题是如何增强其光动力/光热性能、并提升其对深层肿瘤的治疗性能。因此，本项目针对上述问题，本项目提出通过控制分子聚集调控光性能/整合多功能的设计思想。通过一系列染料分子设计及聚集调控，验证其可行性。研究内容主要包括：（1）氟化花菁、苝酰亚胺纳米材料的构建，揭示了聚集增强光动力、声动力机理，并完成了细胞、活体层次的生物验证；（2）通过构建花菁H聚集体，进一步揭示聚集对光热转化过程的增强；（3）扩展有机染料种类，构建可聚集/解聚的苝酰亚胺纳米材料，探索聚集策略在多功能疾病诊疗中的应用。.本项目在聚集调控有机染料的光物理性能、生物性能等方面取得进展，拓展了有机染料在生物检测、成像及重大疾病诊疗中的应用。重要结果包括：（1）提出并系统阐述“聚集增强光物理性能”的光诊疗分子构建策略，成果发表于Nano Res. 2023, 16, 970、Biomater. Sci. 2022, 10, 2964、Aggregate, 2021, 2, e39（优秀封面奖）；（2）构建荧光成像/光声成像/化疗/光热/光动力多功能诊疗体系并取得优异的抗肿瘤效果，成果发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 14014、Nano Today, 2021, 36, 101020等；（3）有机光诊疗结合干扰素IL-33在心血管疾病早期诊断和治疗中取得良好效果，成果发表于Biomaterials 2023, 293, 121958。在本项目资助下，发表相关高水平英文论文16篇；获授权中国发明专利5项，申请中国发明专利1项。本项目得到了一系列新型的有机纳米光诊疗试剂，并对其光物理、生物抗肿瘤性能展开研究，进一步揭示了有机染料在荧光、光热等能量转化方面的结构与性能机制关系，丰富了抗肿瘤材料的种类。.