西北工业大学李晓珍教授综述了“别出心裁”的共轭小分子纳米粒子用于近红外生物医学领域的最新进展

2024年10月，西北工业大学李晓珍教授报道了近年来共轭小分子纳米粒子（CSMNs）在近红外光诊疗（NIR PTs）领域的应用情况。文章主要介绍了CSMNs在近红外生物成像、治疗以及协同诊疗领域的最新进展，从两个方面阐明了其工作原理，包括光物理和光化学原理以及光与组织的相互作用，全面总结了基于共轭小分子（CSMs）的光诊疗试剂（PT agents）的分子结构，结构类型，光学性质，诊疗模式以及具体应用，特别强调了将CSMs的吸收调控至近红外二区（NIR-II）的一些策略，并总结了CSMNs的现状以及发展前景。以题为“Finely-Tailored Conjugated Small Molecular Nanoparticles for Near-Infrared Biomedical Applications”发表在Research上（Research, 2024, DOI: 10.34133/research.0534）。

（1）研究背景

近红外（NIR）光诊疗（PTs）因其在近红外区域对光诊疗试剂的及时监测和对疾病的精准治疗而备受研究人员的关注。与紫外线（UV）和可见光区域相比，近红外光在组织穿透深度、信噪比和生物安全性方面更具优势。常用的光诊疗技术有三种，包括荧光成像（FLI）、光声成像（PAI）和拉曼成像（RI）。NIR-FLI可获得全身图像，精确定位肿瘤位置。PAI利用近红外光激发超声波振动，具有深穿透力和高时空分辨率等特点。RI具有细胞沉默区(1,800-2,800 cm^-1)，可实现零背景成像。光疗利用光能产生热效应和毒性活性氧（ROS），分别用于光热治疗（PTT）和光动力治疗（PDT）。PTT和PDT因其无创、副作用小、特异性强等优点而备受青睐。光诊疗技术（FLI，PAI和RI）和光疗模式（PTT和PDT）的自由结合赋予了NIR PTs更多的可能性。然而，近红外PTs的进一步发展关键在于光诊疗试剂的性能优化和吸收/发射波长延长。

常用的近红外光诊疗试剂包括：无机和有机纳米材料。无机纳米材料虽然具有很高的近红外吸收，但其长期毒性问题限制了它们的进一步临床转化。相比之下，有机材料，主要包括花菁染料，D-A类型的CSMNs以及半导体聚合物纳米粒子（SPNs），具有良好的生物相容性和可调节的光学性能，在生物应用中更受青睐。与花菁染料相比，CSMNs具有高稳定性和肿瘤聚集性。与SPNs相比，CMMNs具有精确的分子结构和高可靠性。因此，CSMNs在活体成像、肿瘤治疗、多模态诊疗等方面具有良好的发展潜力（如图1所示）。

（2）工作原理

文章从两个方面阐述了CSMNs的工作原理，包括光物理和光化学原理以及光与组织的相互作用。首先从能量耗散的角度揭示了CSMNs用于FLI，PAI/PTT，RI和PDT内在机制，紧接着从光与组织的相互作用角度出发阐明了CSMNs在生物组织中的应用（如图2所示）。

（3）改进策略

由于传统可见光和近红外一区（NIR-I）激发光的穿透深度有限，难以照射到体内深层组织，因此开发可以被高穿透深度的近红外二区（NIR-II）激光激发的CSMNs是近年来重要的发展趋势。文章提出了一些将CSMs的吸收波长红移至NIR-II的策略，如增加噻吩桥的数量、构建D-A-D分子、构建J聚集体和分子手术等。

（4）应用

文章对近年来CSMNs在NIR PTs领域的应用进行了系统总结（如图3所示）

（5）总结与展望

尽管发展迅速，但CSMNs介导的NIR PTs领域仍有一些挑战需要解决。文章从组织穿透深度、性能、结构设计、生物安全问题以及临床转化方面对CSMNs的现状进行了总结并且提出了可能性的解决方案以及未来展望。