基于聚集诱导发光材料的近红外二区多模态纳米探针的制备及在肿瘤诊疗中的应用

To overcome the limited tissue penetration depth of traditional optical imaging methods, this proposal focuses on the synthesis of aggregation-induced emission (AIE) fluorogen-based multimodality nanoprobes with intense fluorescence in the second near-infrared window (NIR-II) and their application in tumor theranostics. A series of donor-acceptor tailored NIR-II emissive AIE fluorogens will be designed and synthesized, followed by encapsulation in biocompatible polymer matrices to afford NIR-II nanoprobes with high quantum yields in water. Thanks to the low photon absorption and diminished background signal from biological tissues in the NIR-II region, the targeting ligand-functionalized nanoprobes can achieve high specificity and resolution in tumor imaging. With incorporation of photoacoustic tomography, multimodality imaging can further enhance the accuracy in tumor diagnosis. Additionally, multimodality cell trackers based on NIR-II emissive AIE fluorogens will also be developed to evaluate the immunotherapy effect at an early stage through monitoring the invasion of macrophages in tumor tissues. Overall, the proposed research is expected to promote the exploration of novel optical probes and multimodality medical imaging techniques in cancer theranostics.

为克服传统光学成像在可见光和近红外一区面临的组织穿透深度的瓶颈，本项目拟基于聚集诱导发光(AIE)分子设计一类新型近红外二区多模态光学生物探针，并研究其在肿瘤诊断和治疗中的应用。通过引入较强的电子给体-受体结构，合成具有近红外二区荧光的AIE分子，并研究采用生物相容的包覆材料将其制备成具有高荧光量子效率的AIE纳米探针。基于靶向分子修饰的近红外二区纳米探针可以有效降低生物组织吸收和自荧光的干扰，探索实现高特异性和高分辨率的肿瘤成像。在此基础上，进一步研究通过结合光声技术实现多模态成像来提高肿瘤诊断的准确性。同时，利用近红外二区AIE纳米探针作为新型细胞示踪剂，通过荧光/光声成像研究免疫细胞在肿瘤组织的富集等行为，对免疫疗法的早期效果进行评价。本项目目标的实现将为新型光学探针的开发及用于肿瘤诊疗的多模态成像技术的研究提供理论和技术支持。

在本项目的资助下，课题组合成了一系列具有强吸收的近红外二区荧光/光声聚集诱导发光（AIE）分子，并成功制备了近红外荧光、光声探针与多模态探针。在分子设计方面，我们提出了一种“合环”的分子设计策略，设计合成了一系列基于新型电子受体单元的近红外二区荧光分子，使其发射主峰大于1100 nm并提高了吸光系数。在多种小鼠肿瘤模型与新西兰兔肿瘤模型中，利用荧光/光声AIE分子制备的纳米探针实现了高信噪比的肿瘤靶向成像、肿瘤生长示踪、免疫相关细胞体内示踪、肿瘤治疗评估等生物应用。同时，利用单一分子组分的纳米探针同时具备近红外荧光与光声信号的特点，实现了对病灶部位的多模态精准成像。另外，我们利用该类近红外AIE纳米探针较强的光声信号产生能力，发展了一种可以通过光声力主动精准递送纳米药物、克服内皮屏障、重塑肿瘤免疫微环境的纳米递送体系。本项目为近红外二区光学探针的发展，及对可改善肿瘤微环境并引发免疫响应的功能性探针的开发提供了理论与实验基础。在项目资助下，课题组在Angew Chem、Biomaterials等期刊正式发表了20篇SCI论文，并申请了3项专利。