光疗因其独特的优势(如非侵入性和高度时空可控性)而受到广泛关注[1],[2]。光疗包括光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT),可以有效克服传统化疗和放疗的缺点,如靶向性差、严重毒副作用以及诊断与治疗分离的问题[3],[4],[5]。然而,其临床应用仍面临一些挑战。特别是,光疗剂具有固有的“始终开启”特性,这会导致全身光毒性和血液循环期间对正常组织的损伤[6],[7]。在当前的光疗临床过程中,患者往往需要长时间待在暗室中以避免阳光照射[9],[10],因为大多数光疗剂至少需要一天时间在体内循环,只有少量(通常不到10%)聚集在肿瘤部位[11],[12]。近日,研究致力于开发智能光敏剂,这种光敏剂在血液循环期间尽可能保持休眠状态(“关闭”),在被癌细胞内化后激活(“开启”)[13],[14]。因此,迫切需要开发能够在光照或黑暗环境下按需可控激活的“智能”光疗剂。
近红外(NIR)II(1000?1700纳米)成像在肿瘤诊断和治疗指导中具有巨大潜力,因为它具有低自荧光[15],[16],[17],[18]、更深的组织穿透能力[19]、较低的组织吸收和散射[20]以及更高的空间分辨率[21],[22]。NIR-II成像的质量很大程度上取决于所使用的NIR-II成像剂,包括无机纳米颗粒和有机荧光分子,但这些成像剂往往面临摩尔消光系数低的重大挑战[23],[24],[25]。这些传统NIR-II成像剂的光吸收不足,无法直接产生强的荧光信号强度[26],[27]。同时,一些NIR-II成像剂的斯托克斯位移较小,容易引起激发信号和发射信号之间的自干涉,降低成像分辨率[28],[29]。例如,基于稀土元素的化合物(如铒和钕)因其较大的斯托克斯位移被选为NIR-II成像剂,但它们仍存在光吸收弱和量子产率低等固有缺点[30],[31]。近年,一些有机荧光团被开发出来,具有优异的结构可调性,能够有效扩展发射波长至NIR-II窗口,并且比无机替代品具有更好的生物相容性[32]。然而,这些有机荧光团常因强烈的非辐射衰减和聚集诱导的淬灭(ACQ)而量子产率较低[33]。因此,如果一种NIR-II成像剂同时具备足够的光吸收效率和宽的斯托克斯位移,将能够实现高分辨率成像。
荧光共振能量转移(FRET)在癌症治疗和生物成像中得到了广泛应用[34],[35],能量可以从激发的供体荧光团转移到附近的受体荧光团[36],[37]。通过响应式的FRET策略,可以清晰地观察治疗剂从纳米载体的释放过程,从而更精确地评估治疗效果[38],[39]。同时,FRET在NIR-II成像中也显示出巨大潜力,能够有效增强受体荧光,克服其量子产率低和斯托克斯位移窄等固有缺点[40],[41],[42]。例如,通过利用FRET效应开发了一种稳定高效的NIR-II下转换纳米粒子(DCNP),其中Nd3?的发射光谱与Yb3?的吸收光谱高度重叠,实现了高下转换量子产率[43],[44]。最近,我们的团队报道了一种具有较大斯托克斯位移和高效量子产率的铒(III)-细菌绿素复合物,通过FRET效应将能量从激发的细菌绿素传递给铒离子,有效克服了在水溶液中的振动淬灭,实现了明亮且持久的发光[30]。然而,据我们所知,关于利用FRET将有机荧光团供体与NIR-II荧光成像剂受体之间进行能量传递的研究还很有限。
本文提出了一种通过FRET策略实现的ROS触发型“智能”光疗纳米平台(CR@CyP),用于实现高分辨率NIR-II成像和可激活的光疗活性(图1)。该纳米平台由基于氰素的ROS可断裂共聚物光敏剂(CyP)、NIR-II荧光探针(CL)和免疫佐剂(R837)共同组装而成。FRET Effect赋予CR@CyP显著优势:CyP在血液循环过程中光动力活性被抑制,保持“静默”状态以提高生物安全性[45],同时增强CL的光吸收效率,实现高分辨率NIR-II成像。静脉注射后,CR@CyP可通过RGD靶向肽良好地渗透和积聚在肿瘤组织中,并可通过NIR-II成像检测其递送和分布。光照激活后,CyP主链中的硫酮键被ROS断裂,释放出的CL和R837发挥光动力和光热作用,诱导癌细胞凋亡。此外,凋亡肿瘤细胞释放的损伤相关分子模式(DAMPs)与R837结合,触发免疫原性细胞死亡(ICD),从而激活全身抗肿瘤免疫反应。通过一系列体外和体内实验验证了该纳米平台在可激活NIR-II荧光引导光免疫治疗中的出色性能,证明其能有效清除深层肿瘤组织。