基于钕基金属有机框架的 NIR-II 荧光成像引导光动力治疗纳米探针

《Journal of Nanobiotechnology》：Biodegradable neodymium metal-organic frameworks for persistent NIR-II fluorescence imaging-guided photodynamic therapy with glutathione exhaustion

　　

摘要

基于稀土元素的近红外（NIR）荧光探针因其具有狭窄的多峰发射谱、较长的发光寿命和高光稳定性，在生物成像中备受青睐。然而，这类探针由于生物降解性较差、合成工艺复杂以及光物理调制难度大而尚未得到充分发展。本研究从所有含镧系元素的稀土中筛选出了钕（Nd），并制备了Nd-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）金属有机框架（MOF）纳米探针。有趣的是，在这种MOF结构中，Nd-TCPP的配位作用形成了高度有序的刚性结构，抑制了非辐射能级跃迁，大幅增强了在1060纳米处发生的NIR-II发射。得益于空间限制和供体-受体之间的紧密接触，从激发的Nd³⁺到TCPP的共振4f到三重态能量转移（f-TET）被认为能够在808纳米激光照射下有效发生，从而激活光动力过程产生单线态氧（¹O₂）。所合成的纳米探针进而装载了L-丁硫氧辛胺（BSO）并经过聚乙二醇（PEG）修饰，得到了NTMBP纳米探针。通过系统给药，这些探针能够高效积聚在肿瘤部位，并在808纳米激光激发下产生持久、明亮的NIR-II荧光，从而清晰地显示肿瘤边界，为精确的光疗提供了依据。同时，在相同波长的激光照射下，NTMBP纳米探针还能生成¹O₂，用于肿瘤的光动力治疗（PDT）。此外，BSO可以消耗细胞内的谷胱甘肽（GSH），削弱抗氧化防御机制，加剧氧化应激，导致肿瘤细胞死亡。这种具有良好生物相容性和生物降解性的纳米探针在NIR-II荧光成像引导的光动力治疗中表现出卓越的性能，为精准癌症诊疗带来了巨大潜力。

图文摘要

基于稀土元素的近红外（NIR）荧光探针因其具有狭窄的多峰发射谱、较长的发光寿命和高光稳定性，在生物成像中备受青睐。然而，这类探针由于生物降解性较差、合成工艺复杂以及光物理调制难度大而尚未得到充分发展。本研究从所有含镧系元素的稀土中筛选出了钕（Nd），并制备了Nd-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）金属有机框架（MOF）纳米探针。有趣的是，在这种MOF结构中，Nd-TCPP的配位作用形成了高度有序的刚性结构，抑制了非辐射能级跃迁，大幅增强了在1060纳米处发生的NIR-II发射。得益于空间限制和供体-受体之间的紧密接触，从激发的Nd³⁺到TCPP的共振4f到三重态能量转移（f-TET）被认为能够在808纳米激光照射下有效发生，从而激活光动力过程产生单线态氧（¹O₂）。所合成的纳米探针进而装载了L-丁硫氧辛胺（BSO）并经过聚乙二醇（PEG）修饰，得到了NTMBP纳米探针。通过系统给药，这些探针能够高效积聚在肿瘤部位，并在808纳米激光激发下产生持久、明亮的NIR-II荧光，从而清晰地显示肿瘤边界，为精确的光疗提供了依据。同时，在相同波长的激光照射下，NTMBP纳米探针还能生成¹O₂，用于肿瘤的光动力治疗（PDT）。此外，BSO可以消耗细胞内的谷胱甘肽（GSH），削弱抗氧化防御机制，加剧氧化应激，导致肿瘤细胞死亡。这种具有良好生物相容性和生物降解性的纳米探针在NIR-II荧光成像引导的光动力治疗中表现出卓越的性能，为精准癌症诊疗带来了巨大潜力。

图文摘要