作者:唐本忠等 来源:《物质》 发布时间:2022/7/5 23:00:41
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近红外二区AIE分子助力淋巴结成像及手术导航

 

2022年7月5日,唐本忠院士团队深圳大学AIE研究中心的王东教授和吉林大学朱守俊教授在Matter期刊上发表了题为“Molecular engineering of AIE luminogens for NIR-II/IIb bioimaging and surgical navigation of lymph nodes”的研究成果。

该项成果通过分子工程策略构筑了目前具有最长吸收波长的近红外二区AIE分子,与FDA批准和临床应用的造影剂吲哚菁绿(ICG)相比,该材料可以实现长保留、深穿透和高信噪比前哨淋巴成像及手术导航。

深圳大学宋善良博士后和吉林大学王亚君博士为论文第一作者,唐本忠院士(现为香港中文大学(深圳)理工学院院长)、深圳大学AIE研究中心王东教授和吉林大学朱守俊教授为论文共同通讯作者。

前哨淋巴结成像对癌症分期和癌症治疗决策的制定都至关重要。目前所使用的前哨淋巴结成像方法存在保留时间短、穿透深度差和信噪比低等问题。作为一项前沿技术,近红外二区(NIR-II)聚集诱导发射(AIE)材料有望解决这些问题,然而,如何平衡大共轭结构(长波长分子所需)与扭曲的螺旋桨结构(满足AIE性质)之间的关系,从而构筑具有超长吸收波长的AIE分子仍然是一个重大挑战。

图1:分子设计原理、纳米粒子的制备过程和纳米粒子在生物医学方面应用的示意图。

在这项工作中,唐本忠院士团队通过分子工程策略,构建了目前具有最长吸收波长的NIR-II AIE分子(NIR-920)。NIR-920纳米粒子具有明亮的荧光,可以实现多功能荧光成像,并在NIR-II/NIR-IIb区实现了高性能淋巴结成像。与FDA批准和临床应用的造影剂吲哚菁绿(ICG)相比,NIR-920纳米粒子具有更长的保留时间、更深的穿透深度、更高的信噪比和更强的光稳定性等优势(图1)。基于此,NIR-920 NPs可以快速准确地对前哨淋巴结进行手术导航。该研究为NIR-II/NIR-IIb区AIE分子的设计提供了重要的理论基础,并为加速AIE分子在高性能诊断和手术导航中的临床转化开辟了新的道路。

图2:NIR-820和NIR-920的结构和光学性质。

该研究成果构建的近红外二区AIE分子(NIR-920)实现了吸收和发射大跨度红移。通过简单地将BBTD中的S原子替换成Se原子,(从NIR-820到NIR-920)实现了吸收波长100 nm的红移以及AIE领域吸收超过900 nm的目标。最重要的是,该分子的荧光发射峰的峰尾可以延伸到1600 nm以后。如此长的吸收和发射为NIR-II/NIR-IIb区成像提供了有利的保障(图2)。

图3:NIR-920的光物理性质。

所构筑的NIR-920具有典型的AIE性质,其在聚集状态下的二区范围荧光亮度比商用的碳纳米管还要强。通过纳米沉淀法,将AIE分子进行封装可以获得具有良好的水分散性的NIR-920 NPs。以IR26做参比,该纳米粒子的量子效率为0.02%(图3)。这些优异的性能赋予了NIR-920 NPs在近红外二区活体成像领域广阔的应用前景。

图4:NIR-920 NPs与ICG的淋巴结成像及稳定性对比。

与FDA批准和临床应用的造影剂ICG相比,NIR-920 NPs在淋巴结成像中具有更突出的优势。其保留时间更长、穿透深度更深、信噪比更高、光稳定性更强并且还具有独特的淋巴结靶向能力(图4)。所有的这些优异性能为淋巴结手术导航提供了充分的保障。

图5:NIR-920 NPs成像引导的前哨淋巴结手术。

最后,活体实验证明在NIR-920 NPs的NIR-II荧光成像导航下,前哨淋巴结可以被精准切除,切除的前哨淋巴结活检结果证明肿瘤没有发生转移。Cy3 NPs的切片共定位实验也证实了淋巴结的清晰结构(图5)。所有的数据结果表明,NIR-920 NPs可用于准确的成像导航前哨淋巴结切除,并能够快速确定癌症的转移和癌症分期。该研究为精准淋巴结手术导航系统研发提供了新思路、新方向、新模式。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.06.030

 
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