唐本忠院士、王东、沈圆圆、康苗苗 AM: NIR-II双光子AIE光敏剂 →用于原位小尺寸胶质母细胞瘤精确治疗

文摘 2024-12-31 14:10 北京

点击蓝字关注我们

术后残留小肿瘤的存在是导致胶质母细胞瘤（GBM）高复发率的主要因素，涉及化疗和放疗的传统辅助治疗通常表现出不尽人意的疗效和严重的副作用。

最近，双光子光动力疗法（TP-PDT），特别是由第二近红外（NIR-II）光激发的TP-PDT，由于其结合了PDT和TP激发的优点，为解决该挑战提供了前所未有的机会，但这种尝试尚未被探索。此外，高性能光敏剂（PSs）的缺乏也阻碍了TP-PDT在GBM治疗中的进展。

在此基础上，香港中文大学（深圳）唐本忠院士、深圳大学王东教授/沈圆圆副教授/康苗苗助理教授（共同通讯）通过将多种有益的设计策略精心集成到单个分子中，构建了一种强大的TP-PS，称为MeTTh，同时实现了优异的NIR-II激发、大吸收截面、聚集诱导的NIR-I发射，以及显著的I/II型活性氧生成。在纳米加工的辅助下，其实现了令人印象深刻的940 µm的大脑结构成像深度。此外，MeTTh纳米粒子在1040 nm飞秒激光照射下顺利地对体内小尺寸GBM进行精确有效的治疗。这项研究代表了在GBM上使用TP-PDT的首创，为复杂和重要的组织中的小肿瘤治疗提供了新的见解。

2024年12月27日，相关研究在国际知名期刊Advanced Materials发表题为“An NIR-II Two-Photon Excitable AIE Photosensitizer for Precise and Efficient Treatment of Orthotopic Small-Size Glioblastoma ”研究论文。

胶质母细胞瘤（GBM）是最常见的恶性脑肿瘤，其五年死亡率仅次于肺癌和胰腺癌，对人类生命构成重大威胁。目前，GBM的主要临床治疗方法是手术切除。然而，由于GBM的弥漫性浸润生长模式，精确且完全地切除肿瘤组织极具挑战性，导致小型肿瘤残留不可避免。更为严重的是，临床证据表明，这些残余肿瘤与GBM的转移和复发密切相关。为解决这一问题，临床上通常采用化疗和放疗等辅助治疗。然而，这些治疗方法疗效有限，并伴有严重的副作用，如药物耐受性和神经毒性，给患者身体健康带来巨大负担，同时仅能在有限程度上延长患者的生命。因此，开发精确且有效的治疗方法是克服GBM临床挑战的关键，也是临床实践中亟待解决的任务。

光动力疗法（PDT）是一种以光敏剂（PS）在光照下生成高氧化性活性氧（ROS）为基础的微创局部治疗方法。由于其高效性和对药物耐受性不敏感，PDT在肿瘤治疗中表现出巨大的潜力。然而，由于穿透深度有限且缺乏精准干预，PDT在脑部疾病中的应用受到显著阻碍。幸运的是，近年来，双光子光动力疗法（TP-PDT）作为结合PDT与双光子激发优势的一种特殊PDT类别，已成为深部肿瘤精准治疗的潜在选择。与传统PDT不同，TP-PDT通过光敏剂同时吸收两个长波长光子（波长是单光子激发的两倍）来显著增强穿透深度和治疗范围。当使用第二近红外光（NIR-II，1000–1700 nm）时，这种效应更加显著。此外，TP-PDT具有独特的局部激发特性，其激发效率在焦点之外呈指数下降。这一特点极大地提高了治疗的精准性和安全性，使TP-PDT特别适用于复杂且关键的脑组织中含有大量神经网络的疾病。此外，临床研究表明，残留肿瘤的典型尺寸约为1 mm，这一尺寸非常适合TP-PDT的治疗。然而，尽管具有巨大潜力，目前尚无关于利用TP-PDT治疗GBM残留的研究报道。

另一方面，缺乏高性能双光子光敏剂（TP PS）也阻碍了TP-PDT在GBM治疗中的应用。一种理想的TP PS应具备较大的双光子吸收截面（2PACS）和高ROS产率。此外，其还需具备良好的生物相容性和足够的安全性以用于GBM治疗。在各种材料中，具有灵活分子设计和优异生物安全性的有机小分子被认为是TP-PDT的理想候选者。然而，由于传统有机光敏剂的平面结构，容易导致有害的π-π堆积及三重态激子的减少，从而显著削弱其在聚集态中的ROS生成能力。相比之下，具有聚集诱导发光（AIE）特性的光敏剂在聚集态中表现出未受损或甚至增强的光动力效应，这一特性归因于分子内运动限制（RIM）机制显著抑制了非辐射热耗散。此外，聚集态同时还增强了荧光（FL）发射，从而有助于实现荧光成像引导的TP-PDT，并进一步提高光疗的准确性。因此，AIE分子是开发高性能TP PS的理想模板。然而，TP-PDT在GBM治疗中的实际应用还要求AIE光敏剂具备更优异的光学特性，例如NIR-II激发、大2PACS、长波长发射和显著的ROS生成，这是一项极具吸引力但又极具挑战性的任务。

近红外二区（NIR-II）双光子激发高性能聚集诱导发光光敏剂（AIE PS）在原位小型胶质母细胞瘤（GBM）精准高效治疗中的分子设计原理、纳米制备过程及应用的示意图。

本研究选择甲基取代的二苯胺（mTPA）作为初级电子供体，噻吩作为π桥和附加电子供体，罗丹宁作为强受体，组成化合物MeTTh。因此，罗丹宁的平面性与噻吩偶联提供了相对平坦的分子构型，有利于TP吸收。沿MeTTh的强D-A效应确保了双光子吸收截面（2PACS），同时促进了高效的ISC过程。此外，罗丹宁上的杂原子、羰基和硫代羰基有助于增强自旋轨道耦合，从而产生对光动力学效应至关重要的三重态激子。为了确保荧光亮度，mTPA还可用作强大的转子和垫片，防止分子π-π堆积，有助于AIE效应。

图1：MeTTh及MeTTh NPs的表征。a) MeTTh的优化S₀态几何结构。b) 基于S₀结构计算的能隙及tBuT2AQ的相关自旋轨道耦合常数（ξ），计算水平为PBE0/def2-TZVP。c) MeTTh在DMSO中的归一化吸收和荧光发射光谱。d) MeTTh在DMSO及DMSO/H₂O混合溶液中的相对发射强度（I/I₀）与水分体积分数（fW）的关系图，I和I₀分别为发射峰强度。e) MeTTh NPs的粒径分布及透射电子显微镜（TEM）图（插图），比例尺：100 nm。f) MeTTh NPs在H₂O中的归一化吸收和荧光发射光谱。g) 在MeTTh NPs和Ce6存在下DCF的相对荧光强度（I/I₀-1）对比。h) MeTTh NPs在光照下生成的•OH、O₂•⁻和¹O₂的电子自旋共振（ESR）光谱。i) MeTTh NPs与罗丹明B在800至1080 nm范围内的双光子吸收截面（2PACS）。j) MeTTh NPs在1020、1040和1080 nm激发波长下荧光信号与激发功率的关系。k) MeTTh NPs的双光子与单光子荧光光谱。l) MeTTh NPs与罗丹明B在1040 nm飞秒激光（20 mW）照射下的光稳定性。m) DCFH荧光成像显示MeTTh NPs和Ce6 NPs在1040 nm飞秒激光（20 mW）照射下的ROS生成能力；n) DCFH的相对发射强度（I/I₀）（平均值±标准差，n=3），比例尺：200 µm。

图2：MeTTh NPs-Tf的体外评估。a) 经MeTTh NPs-Tf处理的GL261细胞的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像，比例尺：20 µm；b) 经MeTTh NPs和MeTTh NPs-Tf处理的GL261肿瘤球的双光子荧光（TP FL）图像，比例尺：50 µm；c) GL261细胞在1040 nm飞秒激光（20 mW）照射下经MeTTh NPs-Tf和DCFH-DA处理后的TP FL图像；d) MeTTh NPs-Tf实现的双光子光动力治疗（TP-PDT）的治疗效果，比例尺：50 µm；e) GL261细胞经MeTTh NPs-Tf处理并分别在有无1040 nm飞秒激光（20 mW）照射下的细胞存活率（平均值±标准差，n=3）；f) GL261肿瘤球的治疗效果，比例尺：100 µm。

图3：大脑血管的TP FL成像。a) 基于MeTTh NPs-Tf实现的脑血管三维重建图像；b) 不同深度脑血管段的双光子成像图，比例尺：100 µm；c) 特定成像深度下的信噪比（SBR）与使用功率；d1-g1) 在深度分别为80、400、600和875 µm处的血管二维成像图，比例尺：100 µm；d2-g2) (d1-g1)中标记血管的荧光强度分布曲线及SBR分析。

图4：MeTTh NPs-Tf的体内治疗效果。a) 脑组织的双光子荧光（TP FL）成像图；b) 显示GFP-GL261肿瘤的成像图；c) 显示脑血管的成像图，比例尺：200 µm；d, e) a)中选定区域d和e的双光子成像图，比例尺：100 µm；f, g) e)中选定脑毛细血管的TP FL成像全宽半高（FWHM）分布图；h) FUS开启血脑屏障（BBB）过程及后续MeTTh NPs-Tf释放的TP FL成像图，比例尺：200 µm；i) 脑组织的三维重建TP FL成像图；j) 特定深度下脑组织的TP FL成像图，比例尺：200 µm；k) 用MeTTh NPs-Tf染色的GFP-GL261细胞的TP FL成像图，比例尺：10 µm；l) TP-PDT后GFP-GL261肿瘤的TP FL成像图，比例尺：200 µm。

综上，研究了一种新型的第二近红外（NIR-II）双光子激发的聚集诱导发光（AIE）光敏剂MeTTh，用于精确高效治疗原位小尺寸胶质母细胞瘤（GBM）。研究成果表明，MeTTh光敏剂在体内外实验中展现出优异的深层脑组织成像能力、高效的光动力治疗效果以及良好的生物相容性，为GBM的治疗提供了一种潜在的新策略。

研究不仅开发了一种能够在NIR-II区域实现双光子激发的高效光敏剂，而且通过结合聚焦超声（FUS）血脑屏障（BBB）开放技术，实现了对小尺寸GBM的精确治疗，这对于提高GBM患者的生存质量和延长生存期具有重要的临床应用前景。此外，该研究还为深层组织成像和光动力治疗提供了新的思路，可能对其他类型的癌症治疗也有启发作用。

作者简介

向上滑动阅览

唐本忠，香港中文大学（深圳）教授、理工学院院长，中国科学院院士（2009），发展中国家科学院院士，亚太材料科学院院士，英国皇家化学会会士。

1957年出生，1982年于华南理工大学获学士学位，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位；曾在多伦多大学从事博士后研究工作。1994年加入香港科技大学。2021年加入香港中文大学（深圳）担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。

唐本忠院士主要从事材料科学，高分子化学和生物医学诊疗等研究。在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。2016年，AIE纳米粒子被《Nature》列为支撑即将来临的纳米光革命的四大纳米材料之一，并是唯一一种由中国科学家原创的新材料。

唐本忠院士已发表学术论文2,000多篇，总引用超210,000次。在学术会议上作了500多场邀请报告，拥有100多项授权专利。

王东，深圳大学材料学院特聘教授，国家优青。2008年和2013年在兰州大学获得学士和博士学位，2014年在法国波尔多大学获得博士学位。2014-2018年先后在加拿大多伦多大学、香港科技大学从事博士后研究，2018年加入深圳大学。

王东教授的研究方向为：聚集诱导发光（AIE）材料的开发、机理研究，及其在传感、生物成像和疾病诊疗等方面的应用。以第一/通讯作者在Nat. Nanotechnol.、Matter、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.等期刊上发表SCI论文200余篇,22篇论文入选“ESI高被引论文”,论文共被引用14500余次，H指数为61。申请专利30余项，授权25项。

沈圆圆，深圳大学医学部副教授。2003年、2009年在上海交通大学先后获得学士和博士学位。博士毕业后入职深圳大学。

沈圆圆副教授的研究方向为1.超声药物递送；2.神经退行性疾病超声治疗；3.高分辨超声成像新技术。以第一作者或通讯作者发表论文40余篇，包括Lancet子刊eBioMedicine、BrainStimulation、Theranostics、Journal of Controlled Release等国际Top期刊。

康苗苗，深圳大学材料学院助理教授。2018年博士毕业于中山大学（导师：李峰教授），博士期间曾在香港科技大学唐本忠院士课题组交流学习。2018-2020年在深圳大学从事博士后研究，出站后留校任教。

康苗苗助理教授长期从事聚集诱导发光功能材料开发及生物应用等相关研究，目前共发表学术论文近40篇。

原文链接

https://doi.org/10.1002/adma.202413164

唐本忠院士、廖玉辉教授、王东教授等《Adv. Mater》：嵌入纳米囊泡的双层水凝胶用于烧伤创面愈合

港科大唐本忠院士、深大王东/张志军 JACS: 多则优也 - 双受体工程构筑高效的近红外二区多模态AIEgens

上海有机所高希珂研究员、港中深唐本忠院士、深大王东教授 Angew: 在萘二酰亚胺类聚合物近红外材料及其生物功能研究方面取得进展

免责声明：部分资料可能来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。原创文章欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载请联系。联系邮箱：chem@chemshow.cn

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程及生物医学工程等产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学会及时选用推送。

化学与材料科学

化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

最新文章

康奈尔大学林松教授团队 Nature：用于无线驱动电化学合成的光捕获微电子器件

余金权教授团队 Nature: 通过阳离子钯配合物对酮和酯进行β-C-H键官能化

Nature：中国科学在哪方面落后于美国 ...

重组完成 → 全国重点实验室名单出炉

2024年度12项研究亮点 | 德国马普学会发布

上海交大罗加严教授团队 Nat. Synth.: 在固态电池单晶锂方面取得最新进展

天大封伟教授团队 SmartMat：磁诱导实现共轭烷基链接枝的顺磁性桥环偶氮苯异构化

中国高校教师压力 →世界第一？

张希院士：如何恰当地回答学术问题？

中科大俞书宏院士团队 Nat. Commun.: 一种仿墨鱼骨结构材料的跨尺度制备新策略

北航赵立东教授课题组 Science：高储量、低成本、宽带隙热电材料及器件研究新进展

北大周欢萍教授、张艳锋教授 Science：用于稳定、高效钙钛矿太阳能电池的晶圆级单层MoS₂薄膜集成

斯坦福大学鲍哲南教授、崔屹教授 PNAS：高性能锂金属电池用单氟电解质

J. Fraser Stoddart教授、吴煌博士等 Nature: 动态超分子缓冲立方体

斯坦福大学饶江宏教授团队 JACS: 聚荧光素聚合物的光控细胞内合成诱导细胞副凋亡

大连化物所吴凯丰团队 Nat. Mater.：实现量子点-分子体系三线态光化学过程的量子相干调控

财政部：延长设备更新贷款财政贴息政策实施期限 → “用完为止”

复旦赵东元院士、李晓民教授团队 Nat. Chem.：均匀单晶介孔MOF

《麻省理工科技评论》发布：2025年“十大突破性技术”榜单

Science: 超薄非晶NbP半金属的表面传导与电阻率降低 - 斯坦福Eric Pop教授、亚洲大学Il-Kwon Oh教授

中科大俞书宏院士/管庆方团队 Nano Lett.: 可持续的高性能结构材料 - 基于微/纳米结构的玉米秸秆

Khalil Amine教授、麦立强教授、周亮教授、李坚涛博士 Nat. Commun.: 过渡金属空位与镁双掺杂调控...

清华刘静教授团队 Adv. Mater.: 通过液态金属激发微波等离子体实现聚烯烃塑料高效解聚与增值回收

唐本忠院士、孙志军教授等 Nat. Commun.: AIE COF用于诱导三级淋巴形成促进抗肿瘤免疫

华南理工林容周教授等 Nat. Electron.: 软性聚合物与功能颗粒结合新方法 →成功打印多层、多材料的柔性电子器件

Science: 新型有机离子塑料晶体 →开启可持续制冷新时代

国资委发文：科技成果敲不开“市场的大门” ...

基金委工程与材料科学部第九届专家咨询委员会第三次全体会议召开

今日 2025年中科院分区表升级与调整

肖特140年｜从“新”出发，凭“新”而变

Science：高稳定性PEM-WE阳极催化剂 - 康毅进教授、William A. Goddard教授

第二十届中国青年女科学家奖和第九届未来女科学家计划拟表彰（支持）对象名单公示

基金委化学部等联合 Angew推出“国家杰出青年科学基金30周年”线上巡礼专刊

中科大俞书宏院士/管庆方团队 Adv. Mater.: 通过组装纤维素纳米纤维实现新兴可持续结构材料

Nature：嵌入上转换纳米粒子的聚苯乙烯微球组成的光学 “微传感器 ” - 斯坦福Jennifer A. Dionne教授团队

基金委：要防止套路化、短平快和高产低质的科研人员胜出

今起施行《实施弹性退休制度暂行办法》- 官方解读: 弹性退休怎么“弹”？如何办理？

基金委窦贤康主任: 将要求在FR等国内期刊上发表文章 - 优青、创新研究群体等项目结题及杰青、卓越研究群体等项目申请延续资助的

沉痛悼念詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特教授（Prof. Sir James Fraser Stoddart）

唐本忠院士、王东、沈圆圆、康苗苗 AM: NIR-II双光子AIE光敏剂 →用于原位小尺寸胶质母细胞瘤精确治疗

华南师大王耀教授课题组 CEJ：利用红外二氧化碳激光直写技术在聚合物涂层中快速原位光化学合成碳点以实现颜色可调的荧光图案化

华东理工曾惠丹教授团队 Adv. Mater.：高性能电子封装微晶玻璃基板的最新研究进展

2024年度六大化学分子 | 美国化学会 C&EN

南京大学黄硕教授课题组 Matter: 识别酒精饮料纳米孔指纹 →为每个酒样生成独特条形码

2025年《国家自然科学基金条例》迎新调整

中山大学化学学院章明秋教授追思会致谢函

基金委化学科学部召开2024年度国家自然科学基金重大项目中期评估暨财务中期检查会议

华东师大何晓/杨金荣、上海交大庄小东 Energy Environ. Sci.：机器学习 →开发固态锂电池快离子电解质

香山科学会议召开 - 高质量实现碳中和的基础科学与前沿技术需求

理化所江雷院士/闻利平/赵紫光、清华徐志平 JACS封面: 开发具有内盐差梯度的两相异质界面材料实现高效压电能量转换

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉