内蒙古大学研究生(内蒙古大学研究生院)



内蒙古大学研究生,内蒙古大学研究生院

近日,内蒙古大学化学化工学院王建国教授团队在癌症光诊疗研究中取得重要研究进展,相关成果在化学领域国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表,题目为“A Facile Structural Isomerization-Induced 3D Spatial D-A Interlocked Network for Achieving NIR-II Phototheranostic Agents” 。论文第一作者为我校博士研究生冯丽娜、李纯斌和刘玲秀,通讯作者为我校姜国玉副教授、王建国教授以及香港中文大学(深圳)唐本忠院士,内蒙古大学为该论文第一单位。

近红外二区(NIR-II)有机光诊疗试剂在活体组织中具有较低的组织吸收、散射和自发荧光干扰,可以大大提升荧光成像的组织穿透深度和分辨率,在生物医学中具有广阔的应用前景。在已报道的NIR-II有机光诊疗试剂中,常用的分子设计策略是基于扩大π共轭长度或增强D-A作用来实现,但这类分子通常具有较差的水溶性,利用基质封装技术形成聚集体纳米粒子(NPs)是增强其生物相容性和水溶性的普遍策略。然而,在封装过程中有效调控分子堆积方式构建NIR-II有机光诊疗试剂的设计策略未见文献报道,如能顺利实现则为NIR-II有机光诊疗试剂的构建提供了更为便捷和有效的方法。

王建国教授团队通过深入研究分子结构与分子堆积方式之间的关系,首次提出了一种结构异构化诱导三维空间D-A互锁网络策略,在纳米封装过程中调控分子堆积方式,设计了一种具有优异的光热稳定性、高光热转换效率和活性氧生成能力的NIR-II有机光诊疗试剂。

NIR-II有机光诊疗试剂的分子设计策略

首先,作者通过一步无金属催化的Knoevenagel缩合反应,将3,6-二甲基取代的吡咯并吡咯二酮(DPP)作为受体单元与给电子的甲氧基萘醛偶联,设计合成了两个D-A-D型异构体4MNVDPP和6MNVDPP。光物理测试结果表明,虽然4MNVDPP在溶液态比6MNVDPP有更长的吸收波长,但在形成聚集体NPs后,与4MNVDPP NPs相比,6MNVDPP NPs的最大吸收波长红移178 nm,摩尔消光系数提升至3.71´104 M-1×cm-1,发射波长扩展到NIR-II区。此外,6MNVDPP NPs表现出优异的活性氧物种产生能力、高的光热转换效率(89%)以及良好的光热稳定性。

光物理与光动力性能测试

光热性能测试

理论计算和单晶结构表明,由于6MNVDPP具有较大的表面静电势差,在6MNVDPP的晶体中,同层相邻分子通过萘环氢原子和DPP羰基之间的氢键形成双重分子间D-A相互作用;层间相邻分子通过强π-π相互作用同样形成双重分子间D-A相互作用。在三维D-A相互作用的驱动下,6MNVDPP形成了紧密的三维空间D-A互锁网络堆积。而在4MNVDDP的晶体中,无论层内还是层间均只存在单重D-D相互作用,分子堆积形成了二维D-D型J聚集。因此,6MNVDPP NPs表现出了更长的吸收波长、更大的摩尔消光系数以及更强的光热转换效率。鉴于6MNVDPP NPs优异的光物理性能,作者将6MNVDPP NPs经尾静脉注射到荷瘤小鼠体内,利用实体瘤的高通透性和滞留效应(EPR效应),对肿瘤组织实现了NIR-II荧光成像引导的光动力/光热协同治疗

荷瘤小鼠肿瘤治疗结果

综上,这种由结构异构化诱导三维空间D-A互锁网络策略为NIR-II有机光诊疗试剂的设计、开发提供了一种新的思路,在抗癌研究中具有潜在的生物医学应用价值。

该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古自治区“草原英才”、内蒙古自治区自然科学基金、内蒙古自治区科技领军人才团队、内蒙古自治区科技攻关计划和内蒙古大学“骏马计划”等项目的资助。

来源:内蒙古大学

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202212673

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