拓扑工程调控NIR-II共轭低聚物激发态 实现高效光诊疗与癌症免疫治疗
Topological Engineering of NIR-II Emissive Conjugated Oligomers With Unexpected Excited-State Manifolds for Efficient Phototheranostics and Cancer Immunotherapy
该研究报道了一种拓扑驱动的激发态工程策略,构建了具有定制激发态流形的共轭低聚物。TBT-3纳米颗粒较TBT-1实现NIR-II荧光亮度提升2.8倍、光热性能提升2.7倍、ROS总产量增加7.5倍。
有机光诊疗的核心矛盾在于三条激发态能量耗散通道——辐射跃迁、热失活与系间窜越——此消彼长:荧光成像依赖第一条,光热与光动力治疗依赖后两条,Jablonski图因此成为从分子到聚集体层面理性设计光诊疗剂的主要指南 [1]。在组织穿透深、副作用小的NIR-II窗口 [2],领域已积累多种单点调控手段:以“单原子手术”调节共轭小分子的吸收,获得了吸收峰超过1000 nm、光热转换效率达77%的共轭寡聚体纳米粒 [2];将BODIPY耦联为二聚、三聚体,可使其光转换在荧光、单线态-三线态与非辐射跃迁之间重新分配 [3];染料端则有S-D-A-D-S构型带来当时最亮的NIR-II荧光团 [5],CH1055等小分子亦证实了该窗口成像的深度与分辨率优势 [4]。但要在同一个分子平台上同步优化荧光与光疗性能,始终缺乏系统性的理性策略 [1,7]。
这项研究提出了一种拓扑驱动的激发态工程:通过精确操纵分子拓扑,构建激发态流形可定制、激发动力学多通道并存的共轭寡聚体,使捕光能力增强与激子利用优化协同作用。在808 nm激光照射下,TBT-3纳米粒相较TBT-1实现了2.8倍的NIR-II荧光亮度提升、2.7倍的光热性能改善和7.5倍的总活性氧生成增加。体内研究显示TBT-3纳米粒支持高分辨NIR-II荧光成像并高效消除肿瘤;其介导的光疗诱导免疫原性细胞死亡、增强抗肿瘤免疫,与抗PD-1检查点阻断联用后疗效进一步提高。
相对已有认识,这项工作把“分子拓扑”本身确立为一个独立的调控维度。此前要同时增强NIR-II发射与光热效应,往往需借助侧链苯基异构化诱导的空间共轭 [7] 或铱配合物对能量耗散的平衡 [6];本文则表明,仅通过拓扑工程即可整体重塑激发态图景,让荧光与两条治疗通道同步受益,而非在辐射与非辐射之间做取舍 [1]。其光疗诱导免疫原性细胞死亡进而与检查点阻断协同的路线,也与近来NIR-II光免疫治疗的发展趋势相呼应 [8]。
当然,拓扑策略的构效关系能否定量描述、能否推广到其他共轭骨架,以及联合抗PD-1方案的长期安全性与转化前景,材料中尚未给出答案,这些仍是后续工作需要回答的问题。
- 1.Design of superior phototheranostic agents guided by Jablonski diagrams · Chem Soc Rev 2020
- 2.Rational Design of Conjugated Small Molecules for Superior Photothermal Theranostics in the NIR-II Biowindow · Adv Mater 2020
- 3.Rational Design of Conjugated Photosensitizers with Controllable Photoconversion for Dually Cooperative Phototherapy · Adv Mater 2018
- 4.A small-molecule dye for NIR-II imaging · Nat Mater 2016
- 5.Rational Design of Molecular Fluorophores for Biological Imaging in the NIR-II Window · Adv Mater 2017
- 6.The Midas Touch by Iridium: A Second Near-Infrared Aggregation-Induced Emission-Active Metallo-Agent for Exceptional Phototheranostics of Breast Cancer · J Am Chem Soc 2025
- 7.Side Chain Phenyl Isomerization-Induced Spatial Conjugation for Achieving Efficient Near-Infrared II Phototheranostic Agents · Angew Chem Int Ed Engl 2025
- 8.De Novo Design of Efficient NIR-II-Activated Heavy-Atom-Free Type-I Photosensitizer for Anti-Tumor Photoimmunotherapy · Adv Mater 2025
该工作确立了分子拓扑调控激发态的策略,实现NIR-II荧光、光热与免疫治疗的协同增强,为光诊疗一体化提供新设计范式。
来源:监管与产业动态 · doi.org