内蒙古大学研究生，内蒙古大学研究生院
导读
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Angew. Chem. Int. Ed.和Advanced Materials上发表。
王建国教授团队在Angew. Chem. Int. Ed.上发表重要研究成果
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” (论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202212673)。论文第一作者为内蒙古大学博士研究生冯丽娜、李纯斌和刘玲秀，通讯作者为内蒙古大学姜国玉副教授、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。
通讯作者简介：
姜国玉，化学化工学院副教授，2007年毕业于北京师范大学，获学士学位；2012年毕业于中国科学院理化技术研究所，获博士学位。2019年加入内蒙古大学化学化工学院。入选内蒙古自治区第十批“草原英才”，江西省杰出青年。主要从事有机光诊疗研究，主持国家自然科学基金（3项）等各类基金项目10余项，以第一作者或通讯作者在国际顶级刊物如Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.等上发表研究论文40余篇，申请国家发明专利30余项（已授权9项）。
王建国，化学化工学院教授，博士生导师。2014年毕业于中国科学院化学研究所，获博士学位；2016-2018年香港科技大学博士后；2019年加入内蒙古大学化学化工学院。入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者、内蒙古自治区杰出青年、内蒙古自治区第十批“草原英才”、江西省杰出青年、赣州市科技创新杰出青年、内蒙古大学“骏马计划”A3岗、内蒙古大学青年科技人才培育计划等人才计划。主要从事有机光电功能材料研究，以第一作者或通讯作者在国际顶级刊物如Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等上发表研究论文50余篇，申请国家发明专利35余项（已授权12项），PCT专利3项，美国专利2项。主持国家自然科学基金面上、青年、地区等基金项目10余项。
王建国教授团队在Advanced Materials上发表重要研究成果
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新进展，相关成果在国际材料顶级期刊Advanced Materials（影响因子32.086）上发表，题目为“Fluorination enhances NIR-II emission and photothermal conversion efficiency of phototheranostic agents for imaging-guided cancer therapy” (论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202208229)。论文第一作者为内蒙古大学博士研究生李纯斌和姜国玉副教授，通讯作者为内蒙古大学王建国教授、内蒙古师范大学詹传郎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。
兼具近红外II区（NIR-II）成像和光热效应的光诊疗是一种集诊断和精准医疗为一体的新兴癌症诊疗技术。目前，大部分已报道的NIR-II光诊疗试剂均表现出低的荧光量子产率（QY）和光热转换效率（PCE），这导致了其有限的成像分辨率和抗肿瘤能力。因此，开发兼具高QY和PCE的光诊疗剂对于癌症诊疗研究至关重要。但QY和PCE作为评价光诊疗剂的重要参数，通常被认为是竞争性的，难以实现同时增强。
氟原子由于其电负性大、体积小、光子能小等优势，在药物、农药和材料科学等领域扮演着非常重要的角色，其中，在小分子中引入氟原子可以产生巨大的扰动效应，实现对其化学和物理性质的有效调控，如提高药物结合能力和代谢稳定性、促进药物吸收、降低药物毒性、增强QY等。
鉴于此，王建国教授团队提出了一种可同时增强光诊疗试剂NIR-II QY和PCE的氟化策略（图1），并用于癌症诊疗研究。
图1 NIR-II有机光诊疗试剂的设计策略
图2 光物理与光热性能测试
图3 理论计算结果
图4 荷瘤小鼠肿瘤治疗结果
利用这一策略所得的氟代光诊疗试剂NIR-II发光强度和PCE均优于相应的氯代光诊疗试剂，其中FY6-NPs表现出高达4.2%的NIR-II QY，80%的PCE和优异的稳定性，远超于传统的商业染料ICG和IR26（图2和图3）。优良的光物理性质使其显示出良好的血管和肿瘤成像能力，具有较高的NIR-II成像分辨率（209 μm）和信噪比（SBR：4.6）。此外，FY6-NPs还被成功地应用于NIR-II引导的肿瘤光热治疗（图4）。
综上，这种分子氟化策略为设计兼具高QY和PCE的NIR-II有机小分子光诊疗试剂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。
课题组链接：
https://www.x-mol.com/groups/Wang_Jianguo
论文信息：
Fluorination enhances NIR-II emission and photothermal conversion efficiency of phototheranostic agents for imaging-guided cancer therapy
Chunbin Li, Guoyu Jiang, Jia Yu, Weiwei Ji, Lingxiu Liu, Pengfei Zhang, Jian Du, Chuanlang Zhan,* Jianguo Wang* and Ben Zhong Tang*
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202208229.
来源：内蒙古大学
内蒙古大学研究生(内蒙古大学研究生院)