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J. Nanobiotechnology
《Journal of Nanobiotechnology》（IF = 10.6）发表了郑州大学第一附属医院李岱峰主治医师和南京邮电大学孙鹏飞教授的最新研究成果，文章标题为“Cationic conjugated polymer coupled non-conjugated segments for dually enhanced NIR-II fluorescence and lower-temperature photothermal-gas therapy”。这篇文章主要研究了一种基于阳离子共轭聚合物的新型光疗纳米颗粒（PPN-NO NPs），并将其应用于近红外II区（NIR-II）荧光和光声成像引导的低温光热和一氧化氮（NO）气体联合治疗。论文中设计了通过将非共轭片段（C6）引入共轭聚合物骨架，并在侧链中结合季铵盐阳离子单元，以同时增强 NIR-II 荧光强度和光热转换能力。该纳米颗粒不仅具有良好的 NIR-II 荧光和光声成像性能，还能够在低温光热治疗中通过 980 nm 激光照射引发 NO 气体的释放，从而抑制肿瘤生长。实验表明，PPN-NO NPs 具有显著的 NIR-II FL/PA 成像效率和优异的 NIR-II PTT/NO 对肿瘤的协同消融能力。
文章重点
近年来，光热疗法（PTT）尤其是 NIR-II 光热疗法（NIR-II PPT）在肿瘤治疗领域引起了广泛关注，PTT 通过光热转换剂（PCAs）在光辐射下产生热疗(> 45℃)，有效地破坏癌细胞的完整性。此外，PCAs 可以将吸收的光子能量转化为荧光（FL）或光声（PA）成像信号，用于实时治疗监测。
然而，PTT 过程中达到的高温也会对肿瘤周围组织造成不可避免的损伤，从而导致炎症性疾病。因此，低温 NIR-II PTT 在 45℃ 以下的温度下消融癌细胞，可能是避免损伤正常细胞的有效方法。然而，单次低温 PTT 治疗效果不佳，可能导致后续肿瘤复发。因此，低温NIR-II PTT 联合其他治疗方法至关重要。气体疗法（如一氧化氮和一氧化碳）作为“绿色”治疗方式，因其安全性和极小的副作用而在癌症治疗中有巨大的应用前景。
图1. PN-NO NPs的制备及其在NIR-II FL/PA成像引导下NIR-II PTT/NO气体协同治疗的示意图。
这篇文章报道了一种多功能 NIR-II PTT/气体阳离子光疗纳米粒子（PPN-NO NPs），通过负载热启动 NO 供体（s-亚硝基-乙酰青霉素胺，SNAP）和 NIR-II 吸收阳离子 CPs (PBC-co-PBF-NMe3)，用于 NIR-II FL/PA 成像引导的低温 NIR-II PTT 和 NO 协同治疗肿瘤。这项研究展示了一种精妙的双增强分子工程策略，用于构建具有强 NIR-II 吸光度、优异的 NIR-II FL 强度和在 980 nm 激光照射下强光热转化效率的阳离子 CPs。通过控制聚合物主链的共轭长度，巧妙地将柔性非共轭段加入到 CPs 主链中，从而获得较高的 NIR-II 吸收消光系数。在聚合物骨架的侧链修饰季铵盐阳离子单元，从而大大减少了聚合引起的 FL 淬灭，提高了 NPs 的 NIR-II FL 发射强度。并且制备的 PPN-NO NPs 可在 980 nm 激光照射下的低温 NIR-II PTT 过程中有效生成 NO，触发低温 NIR-II PTT/NO联合治疗。PPN-NO NPs 在980 nm 激光激发的 NIR-II FL/PA 成像和体内肿瘤治疗中表现出优异的性能。
图2. PPN-NO NPs 的制备原理及表征。
通过对 PPN-NO NPs 的表征可以发现其具有优异的NIR-II FL/PA成像性能、光热转化性能和 NO 释放性能，验证了该纳米材料在癌症治疗中的应用潜力。
图3. PPN-NO NPs 在 4T1 荷瘤小鼠体内的 NIR-II FL/PA 及光热成像。
在 4T1 荷瘤小鼠内注射 PPN-NO NPs 后，肿瘤处的NIR-II FL/PA 信号在注射后 24 小时内持续增强，并在24 小时达到最高值，证明了该纳米颗粒在肿瘤部位的高效积累。同时光热成像的实验结果证明了 PPN-NO NPs 在 980 nm 激光照射下产生了显著的光热效应。
图4. PPN-NO NPs 在 4T1 荷瘤小鼠中的肿瘤治疗效果。
通过评估肿瘤体积变化、肿瘤组织形态及细胞增殖情况，证明了 PPN-NO NPs 在 NIR-II 光热疗法和 NO 气体疗法联合应用中的显著抗肿瘤效果。通过结合低温光热治疗与 NO 释放，PPN-NO NPs 能够有效抑制肿瘤生长，诱导肿瘤细胞的凋亡和坏死，并减少肿瘤细胞的增殖。这些结果表明 PPN-NO NPs 具备成为一种有效的多功能抗肿瘤平台的潜力。
文章中光声成像部分的实验数据用的是 TomoWave 自主研发的 LOIS-3D 小动物全身 3D 光声成像系统。
论文信息：
Cationic conjugated polymer coupled non-conjugated segments for dually enhanced NIR-II fluorescence and lower-temperature photothermal-gas therapy
原文链接：
https://doi.org/10.1186/s12951-024-02741-9
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