内容提要
NIR-II成像具有高灵敏度、高时空分辨率和高穿透深度等优点，是传统成像方法的潜在替代方案。本文报道了一种新型NIR-II染料IR-1010（λex/λem = 1010/1058 nm），通过在喹啉菁染料中加入对甲氧基苯基，获得了高量子产率（3.08%）和良好的稳定性。然后，通过结合上转换（UC）纳米颗粒（NPs）、全氟-15-冠-5-醚（PFCE）和IR-1010，开发了一种多功能纳米探针，称为IUFP NPs，以显示多模态成像的新性能。在单波长激发（980 nm）下，IUFP NPs同时发出IR-1010的NIR-II荧光和UCNPs的可见UC发光，从而实现对细胞的UC成像，以及对小鼠血管、淋巴结和肿瘤的NIR-II荧光/光声/19F磁共振成像。这项工作为NIR-II染料提供了一种新的方法，并为设计多模态成像探针提供了一种通用策略。
IR-1010是由含有喹啉基团的七甲基菁氨酸支架合理设计的。这种设计的另一个主要考虑是，QC的结构很容易受到其前体喹啉的调节，喹啉很容易通过缩合反应从简单的化学物质中制备。因此，我们制定了一套程序，分三步准备IR-1010，将PMP基团纳入IR-1010的喹啉基团中。具体地说，喹啉前体3是由化合物1缩合反应，然后是甲基化反应制备的。3和4之间的反应产生了QC染料IR-1010。正如我们所料，IR-1010在DCM中显示出1010 nm处的强吸收峰和1058 nm处的荧光峰，均位于NIRII区域。而非取代喹啉菁菁，命名为QC-ctrl，在1013 nm处有荧光峰，光稳定性较差。IR-1010的绝对量子产率为3.08%，这是非常高的，优于许多其他NIR-II染料。接下来，使用两亲性聚合物PSIOAm将IR-1010包封到IUFP NPs中，以提高生物相容性和水溶性。同时组装PFCE和Gd3+掺杂的NaYF4:Yb3+/Er3+ UCNPs，使IUFP NPs具有多功能成像能力。由于IR-1010的组装，IUFP NPs中IR-1010的吸收波长和发射波长分别略微向1012 nm和1039 nm偏移，但荧光强度仍然很高，表明IUFP NPs可以作为NIR-II FLI的造影剂。在约850 nm处观察到IUFP NPs的新吸收峰，可能是由于IR-1010的聚集状态，表明IUFP NPs具有PAI的潜力。此外，在单波长（980 nm）照射下，IUFP NPs不仅发射NIR-II荧光（1039 nm），而且由于UCNPs的上转换发光，还显示出可见光发射（550、6667 nm）。此外，ir -1010的封装效率高于QC-ctrl，符合我们的预期。IUFP NPs的透射电子显微镜（TEM）图像显示一个分散的无机核心，平均尺寸为13 nm，动态光散射（DLS）显示其流体动力直径为62 nm。此外，在相同功率密度为0.2 W cm−2的连续激光照射下，IUFP NPs比ICG在水溶液中表现出更高的光稳定性。IUFP NPs也表现出非常好的胶体稳定性，其水动力直径在20天内保持不变。上述结果表明，IUFP NPs是一种明亮、水稳定、光稳定的多模态成像剂。
成像实验前，我们对IUFP NPs在4T1和HeLa细胞中的生物相容性进行了研究，结果表明其具有良好的生物相容性。接下来，从FLI实验开始，研究了IUFP NPs的多模态成像能力。在相同的激发波长（980 nm）下，UCNPs和IR-1010分别表现出可见光和NIR-II发射，表明IUFP NPs可以同时实现体外和体内光学成像。体外细胞成像首先在HeLa细胞中利用上转换发光进行研究。然后使用NIR-II体内成像系统进行体内NIR-II成像。NIR-II光在活体组织中的散射率低，穿透深度好，可能具有高分辨率的优势，从而能够成像小组织，如脉管系统和淋巴结。特别是，淋巴结在肿瘤转移中起着至关重要的作用，但对医生来说，无创地导航淋巴结仍然是一个至关重要的挑战。利用IUFP NPs，我们成功地实现了小鼠血管和淋巴结的成像。静脉注射几分钟后，在健康小鼠后肢深部血管中清晰地观察到IUFP NPs。在裸鼠后爪皮内注射IUFP NPs后，也获得了腘窝和髂下淋巴结的荧光图像。随后，我们评估了IUFP NPs对携带4T1肿瘤的Balb/c小鼠大病理组织成像的潜力。静脉注射后3小时内肿瘤区域荧光信号清晰，但此时肝脏的荧光信号要高得多，导致成像效果较差。尽管如此，肝脏中的IUFP NPs在后期逐渐代谢，而肿瘤组织中的IUFP NPs由于增强的渗透和滞留效应（EPR效应）仍然存在更长的时间。因此，随着时间的推移，肿瘤与正常组织（T/NT）荧光比逐渐增加，并在36 h时达到峰值。通过检测注射后36 h主要器官的荧光强度，进一步研究IUFP NPs的生物分布。根据这些器官的定量数据，我们观察到肿瘤表现出相当强的荧光，表明IUFP NPs在肿瘤部位有丰富的积累，可以进行长期成像。
基于IR-1010聚集形成的新吸收峰，应用IUFP NPs进行850 nm辐照PAI。浓度相关的PA信号增强具有良好的线性相关性，表明IUFP NPs可以作为有效的PA造影剂。小鼠肿瘤部位的体内实验显示，IUFP NPs在静脉注射后36 h具有最佳的PA性能。由于PFCE的存在，在荷瘤小鼠中使用IUFP NPs也探索了19F MRI。体外19F MR强度与IUFP NPs浓度呈良好的拟合线性关系，表明具有良好的19F MRI能力，通过瘤内注射纳米探针确保了满意的体内成像。最后，采用苏木精和伊红（H&E）染色观察注射IUFP NPs后相应小鼠主要脏器的病理变化。所选切片未见明显异常和病变，说明IUFP NPs在操作浓度下是相对安全的。
总结
综合考虑位阻和电子性能，制备了一种新型的喹啉菁染料IR-1010，该染料具有NIR-II发射、量子产率高、稳定性好的特点。利用这些优势，通过封装IR-1010、UCNPs和PFCE制备IUFP NPs，制备出具有NIR-II FLI/PAI和19F MRI功能的多模态纳米探针。由于NIR-II生物成像的优越性能，IUFP NPs可以实现活体小鼠小组织（脉管系统和淋巴结）和大病理病变（肿瘤部位）的FLI。此外，NIRII PAI和19F MRI作为肿瘤体内成像的补充。我们相信这一贡献可以扩展NIR-II染料的边界，并为多模态成像探针的设计提供有用的见解。
参考文献。
参考文献
https://doi.org/10.1002/smll.202406879
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