近红外二区荧光成像介导光控药物释放有机纳米探针的制备及其生物应用

In the biomedical applications of near infrared (NIR) light-controlled drug release, real-time monitoring and precise control of drug release have many challenges. In this project, organometallic drugs are connected to designed NIR II fluorescent dyes to synthesize the prodrug molecules BOP-Pt. When irradiated by NIR light, BOP-Pt are hydrolyzed to produce pharmacologically active organic metal hydrophilic small molecules. At the same time, the NIR II fluorescent dye loses the complex of heavy metal atoms, and its fluorescence will be enhanced by recovery. The enhanced fluorescent signal can be used to semi-quantitatively monitor the amount of drug released. On the basis of real-time monitoring of drug release, the drug release can be precisely controlled by controlling the irradiation of NIR light. A novel class of NIR light-responsive NIR II region organic nanoprobes NanoBOP-Pt are constructed by assembling the prodrugs and amphiphilic polymers into micelles, which was used for the light-controlled drug release mediated by NIR II fluorescence imaging in living tumors. The NIR II organic fluorescent nanoprobes developed in this project will have a positive effect on the precision medical application and clinical transformation of NIR light-controlled drug release.

在近红外（NIR）光控药物释放的生物医学应用研究中，药物释放的实时监测及其精准控制面临诸多挑战。本项目拟将有机金属药物分子连接到设计的近红外二区（NIR II）荧光染料上合成前药分子BOP-Pt。NIR光照射时，BOP-Pt水解产生有药理活性的有机金属亲水小分子，同时，NIR II荧光染料失去了重金属原子的络合，其荧光将得到恢复性的增强，而增强的NIR II荧光信号可以用来半定量监测释放的药物含量。在对药物释放实时监测的基础之上，可以通过控制NIR光的照射来精准控制药物的释放。将此前药分子和两亲性聚合物组装成胶束构建了一类新颖的NIR光响应NIR II区有机纳米探针NanoBOP-Pt，用于活体肿瘤中NIR II区荧光成像介导的光控药物释放研究。本项目开发的NIR II区有机纳米荧光探针，对于NIR光控药物释放的精准医学应用和临床转化将产生积极推动作用。

研究背景.和荧光相比，磷光作为另外一种主要的发光模式，在生物成像领域具有发光寿命长，斯托克斯位移大，以及高信噪比等优势。与传统的近红外一区（NIR I, 700~900 nm）荧光成像相比，近些年来发展起来的近红外二区(NIR II, 1000~1700 nm)荧光成像具有成像穿透深度和分辨率的显著提升，因而成为了研究热点。然而目前几乎没有可用于生物成像的NIR II磷光尤其是有机磷光的报道。主要是由于受磷光自旋禁阻和能隙定律的限制，已经报道过的NIR II有机磷光通常量子产率非常低且容易被环境因素（水，氧气，室温）淬灭。因此，开发明亮的NIR II有机磷光材料并且用于生物成像是一项同时具有科学挑战以及应用价值的课题。.主要研究内容.我们设计和合成了一系列铑配位化合物，进行了自组装形貌，自组装化学动力学，吸收发射光谱，激发依赖性，发光寿命，磷光表征，量子产率，单晶结构与发光性质，环境敏感，发光机制，量子化学计算，稳定性及生物安全性等研究。目前我们正在将自组装材料应用于活体寿命成像。.重要结果.这一系列铑配合物分子在水里组装后，产生明亮，激发依赖，稳定的NIR II磷光。.关键数据.发光寿命在微妙级别且对氧气敏感的NIR II分子发光材料，其量子产率可达1.01%，在900~1300 nm波长范围内具有激发依赖性，光稳定性和化学稳定性良好。单晶结构及其光谱为发光机制提供了坚实证据。预实验结果表明此NIR II有机磷光材料在老鼠体内依然能够保持明亮发光。.科学意义.基于分子自组装，我们构建了在水溶液里有明亮，激发依赖，稳定的NIR II有机磷光材料，并且可以应用于活体成像。这将对稳定高效NIR II有机磷光材料的开发和NIR II磷光生物成像的发展起到推动作用。