π Bridge Engineering-Boosted Dual Enhancement of Type‑I Photodynamic and Photothermal Performance for Mitochondria-Targeting Multimodal Phototheranostics of Tumor

π桥工程双重增强I型光动力和光热性能，用于靶向线粒体的肿瘤多模态光疗

Laiping Fang,Qi Meng,Yuan Zhang, RuiSu,FanXing,Hualei Yang,Yuzhu Hou, Ping’an Ma,* Keke Huang,* and Shouhua Feng*

Cite This: ACS Nano 2023, 17, 21553−21566  IF：17.1

主讲人：韦金昕 2024年3月17日

研究进展：

  光疗，包括光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT)，成为一种很有前途的抗肿瘤治疗策略，因其无创性、可控的时空选择性、可忽略的耐药性、和最小的副作用。尽管单个PDT或PTT已显示出令人满意的结果，但在复杂的肿瘤微环境(TME)内提供抑瘤效果仍然不足。例如，大多数PTA倾向于通过能量转移产生单线态氧(1O2)。然而，乏氧TME可显著抑制这种II型PDT，导致治疗效果不理想。同时，由于非平面骨架形成的强π−π堆积作用导致传统PTA面临着荧光弱、抗光漂白能力差、和活性氧(ROS)生成受限。此外，单一PTT容易导致热休克蛋白(HSP)表达上调，增强细胞耐热性，最终削弱PTT的治疗效果。此外，常用的光热剂(如花青素等)的光稳定性较差，其光降解会影响纳米结构的稳定性，导致光热转换效率(PCE)较低。

研究内容：

  为了取得更好的治疗效果和弥补单一模式治疗的缺点，联合治疗是一种有前景的策略。设计靶向线粒体的PTA，使其同时具有优异和平衡的I型光动力治疗(PDT)和光热治疗(PTT)性能。本文以苯、呋喃和噻吩为π桥开发了多功能pta。特别是以噻吩为π桥的STB，受益于更强的供体-受体(D−A)相互作用，减小了单重态-三重态能隙(ΔES1‑T1)，允许更多的自由分子内旋转，并表现出出色的近红外(NIR)发射，有效的I型活性氧(ROS)生成，以及相对较高的光热转换效率(PCE)(51.9%)。体外和体内实验表明，带正电荷的STB不仅能主动靶向肿瘤细胞的线粒体，而且具有很强的抗肿瘤作用和良好的体内成像能力。本工作通过π桥工程巧妙地建立了双赢策略，打破了ROS生成与光热转换之间的平衡障碍，促进了PDT和PTT性能的双重增强，促进了多模态成像引导的精确癌症光疗的发展。

要点：

(1) STB可以通过静电相互作用主动靶向肿瘤细胞的线粒体;

(2)受益于噻吩的给电子能力增强，STB在固态下表现出吸收和发射的红移，发射峰尾在1000 nm以上;

(3) STB的Δ ES1 - T1降低促进了ISC，并产生了大量的超氧阴离子和氢氧根离子用于I型PDT；

(4)更自由的分子内旋转和较高的摩尔消光系数使STB同时具有较高的PCE(51.9%)，可实现高效PTT。

(5)体外和体内实验表明，STB NPs可以显著抑制癌细胞增殖和肿瘤生长通过荧光成像(FLI)和光热成像(PTI)引导的I型PDT与PTT协同光疗。

总结与展望：

  通过调节π桥的供电子能力，以噻吩为π桥的STB具有更强的D−A相互作用和更分散的HOMO−LUMO分布，具有最长的近红外荧光发射。此外，较小的ΔES1−T1有效地促进了ISC，导致最佳的I型ROS生成。同时，充分的分子内运动有利于PCE的增强。因此，STB NPs在体外和体内均表现良好，具有在肿瘤区域具有主动靶向积累，具有实时体内荧光成像能力，具有显著的肿瘤抑制作用，且副作用低。这项工作不仅为设计具有高效和平衡的PDT和PTT性能的线粒体靶向PTAs提供了实用策略，而且促进了最先进的多模态成像引导的精确肿瘤光疗的发展。