内容提要
本文合成了四种具有近红外（NIR）聚集诱导发射发光物质（AIEgens） （TQTPy、TPQTPy、TQTC和TPQTC）的供受体-𝝅-bridge-acceptor (D-A -𝝅-A)，它们具有I型和II型活性氧（ROS）生成能力。值得注意的是，TQTPy显示出线粒体的靶向能力、最佳的ROS生产效率、长期的肿瘤保留能力，更重要的是，它具有三合一的荧光成像引导治疗肿瘤和微生物感染的能力。体外和体内实验结果验证了TQTPy在nir荧光成像引导的光动力癌症诊断和治疗方面具有良好的实际生物医学应用。此外，两亲性和带正电的TQTPy能够特异性和超快速地区分和消除革兰氏阴性（G−）大肠杆菌和正常细胞中的革兰氏阳性（G+）金黄色葡萄球菌。
合成与光物理性质
设计合成了四种新型的D-A -π-A型光敏剂，以喹啉为附加受体，吡啶或丙二腈为受体。对四种光敏剂的光物理性质进行了详细的研究，并总结在表中。TQTPy、TPQTPy、TQTC和TPQTC在DMSO中的最大吸收波长分别为509、511、518和524 nm。对于这4种光敏剂，较长的波长（≈500 nm）归因于TPA与吡啶或丙二腈的分子内电荷转移（ICT）带。在≈430 nm处的波段与TPA到喹诺啉的ICT波段一致，这可以被化合物2和7在DMSO溶液中的吸收光谱所支持。与其他两种以吡啶为受体的光敏剂相比，以丙二腈为受体的TQTC和TPQTC的最大吸收波长红移约为10 nm。四种光敏剂的吸收带覆盖了大部分可见光范围，有利于与白光光谱匹配。在具有不同甲苯组分（fT）的DMSO/甲苯混合物中评估了四种光敏剂的AIE效果，如图所示。在纯DMSO溶液中观察到微弱的荧光，它们在DMSO溶液中的量子产率（QYs）很低（0.1-0.3%）。TQTPy、TPQTPy、TQTC和TPQTC的聚集体发射强度较强，峰值分别在679、674、669和668 nm处，荧光发射强度增强了60倍以上。在fT为99%的DMSO/甲苯溶液中，TQTPy、TPQTPy、TQTC和TPQTC聚集溶液的qy分别为3.5%、4.8%、9.8%和11.6%。四种光敏剂具有良好的AIE性能。图中为TQTPy、TPQTPy、TQTC和TPQTC在固态下的归一化PL光谱，发射峰分别为≈679、790、687和704 nm，显示出近红外发射的特征。
细胞研究
TQTPy具有优越的ROS生成能力，在白光（25 mW cm−2）照射下作为潜在的光敏剂进行了一系列实验，包括体外、体内肿瘤PDT和高效细菌杀伤。光敏剂靶向细胞器可以实现更高效的PDT。用TQTPy染色HeLa细胞30 min，分别用Lyso-Tracker Green和MitoTracker Green染色，进行共定位实验，检测TQTPy的细胞器靶向特异性。在HeLa细胞中，TQTPy的荧光信号与Lyso-Tracker green的绿色荧光重叠不佳，Pearson相关系数为0.76。相比之下，TQTPy的红色荧光与MitoTracker green的绿色荧光几乎完全重叠，如图所示。Pearson相关系数为0.92，证明TQTPy具有特异性的线粒体靶向能力。以DCFH作为不同白光照射次数下ROS的指标，评价TQTPy产生细胞内ROS的性能。如图所示，黑暗条件下，对照组和TQTPy组均未观察到荧光信号。在TQTPy和光照作用下，检测到绿色荧光随着时间的推移而逐渐增强，表明细胞内ROS的高效生成。采用细胞计数试剂盒-8 （CCK8）法评价TQTPy对HeLa细胞的光动力抗肿瘤作用。如图所示，即使在高浓度下，TQTPy对HeLa细胞的暗细胞毒性也可以忽略不计，表明其具有良好的生物相容性。然而，在白光照射下，观察到对HeLa细胞有明显的剂量依赖性光毒性。随着照射时间的延长，HeLa细胞活力下降更为明显。
体内成像和PDT
通过瘤内注射评估TQTPy对hela -荷瘤BALB/c裸鼠的体内荧光成像能力。荷瘤小鼠注射TQTPy后不同时间的荧光图像如图所示。肿瘤部位1 h可见荧光发射，随时间延长荧光发射逐渐增强。注射72 h后，肿瘤部位仍有明显的荧光，其他正常区域荧光很弱，说明TQTPy具有良好的肿瘤保留能力。在接下来的研究中，我们在体内评估了TQTPy的杀肿瘤活性。不同组HeLa荷瘤小鼠治疗21天后的照片。将HeLa荷瘤小鼠随机分为3组，分别为对照+光照组、TQTPy组、TQTPy +光照组。通过记录不同组的肿瘤照片并监测肿瘤的重量和体积来评估不同组的肿瘤消融效果。正如预期的那样，治疗21天后，TQTPy + light组的肿瘤生长可以得到有效抑制，治疗期间小鼠体重波动不大。对三组进行单克隆抗体Ki67染色，进一步明确肿瘤抑制性能，如图所示。TQTPy +光组ki67阳性细胞比例明显下降，证明TQTPy在光照射下具有优越的PDT性能。
革兰氏阳性（G+）细菌的选择性快速成像与杀灭
选择NIH/3T3作为革兰氏阳性（G+）、革兰氏阴性（G−）细菌和正常细胞的代表，研究TQTPy的荧光成像和杀伤能力。通过不同时间的金黄色葡萄球菌与TQTPy孵育，评价TQTPy对金黄色葡萄球菌的成像能力。如图所示，金黄色葡萄球菌与TQTPy孵育5 min后，观察到红色圆形荧光信号，说明TQTPy能快速对金黄色葡萄球菌进行染色和成像。随着培养时间延长至60 min，荧光强度逐渐增强。通过共聚焦成像实验评价TPQTPy、TPQTC和TQTC对金黄色葡萄球菌的成像能力。与TPQTPy孵育30min和60min后，金黄色葡萄球菌出现轻微的红色荧光。而金黄色葡萄球菌分别与TPQTC和TQTC孵育不同时间后均未检测到红色荧光信号，说明只有TPQTPy对金黄色葡萄球菌具有一定的亲和力。采用平板计数法检测TQTPy对金黄色葡萄球菌的抑菌效果。金黄色葡萄球菌与不同浓度的TQTPy孵育30分钟，金黄色葡萄球菌在高浓度TQTPy的黑暗条件下可以生长并形成菌落。此外，与TQTPy在黑暗中孵育后，金黄色葡萄球菌未见形态学变化，也表明TQTPy对金黄色葡萄球菌具有较低的黑暗毒性）。在白光照射下，金黄色葡萄球菌的生存能力明显下降。15 μm的TQTPy处理后，金黄色葡萄球菌的杀伤率超过98%，表明TQTPy对革兰氏阳性菌具有良好的抗菌活性。在白光照射下，用TQTPy孵育后，观察到金黄色葡萄球菌的膜变形和融合，表明PDT对细菌包膜的损伤明显增强。TQTPy对金黄色葡萄球菌的结合亲和力进一步解释了其良好的PDT效果。带负电荷的金黄色葡萄球菌细胞壁的zeta电位为−9.1 mV。带正电的TQTPy孵育后，金黄色葡萄球菌表面的负电荷减少，表明细菌膜与TQTPy之间发生了静电吸附。金黄色葡萄球菌与TQTPy孵育时捕获到鲜红色荧光，也证明了TQTPy与金黄色葡萄球菌具有良好的结合亲和力。
总结
根据分子工程策略成功开发了四种近红外D-A -π-A型AIEgens （TQTPy、TPQTPy、TQTC和TPQTC）集成I型和II型ROS生成。以吡啶为受体的AIEgen TQTPy具有近红外荧光发射、线粒体靶向能力、最佳ROS生成效率（I型和II型）、良好的生物相容性和长期肿瘤保留能力等优异性能。阳离子两亲性TQTPy在nir荧光成像引导下的光动力抗癌治疗、超快速鉴别、杀灭革兰氏阳性菌等三位一体的生物医学实际应用中表现良好。综上所述，该材料系统为成像引导的癌症和细菌感染的精确治疗提供了双管齐下的治疗/诊断策略。
参考文献
https://doi.org/10.1002/smll.202402854
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