Undersøgelse giver en ny strategi til at bygge højtydende NIR-II PTA'er med små molekyler

Først syntetiserede forskerne en række organiske småmolekylære PTA'er baseret på aza-BODIPY. Bemærkelsesværdigt forekom bemærkelsesværdige røde forskydninger for absorptions- og PL-spektrene fra SW5 til SW6, hvor den elektrondonerende benzendonor (D') blev ændret til pyridinacceptoren (A').

Yderligere stigning i elektronmangel af A' forårsagede flere bathokrome bølgelængder fra SW6 til SW8, især den røde forskydning af absorptionsbølgelængde er indlysende, hvorimod den elektrondonerende del (fra SW1 til SW5) ikke udviste nogen udtalt bølgelængdeforskydning. Derudover øgede introduktionen af ​​alkylkæder J-aggregeringen af ​​molekyler, hvilket er manifesteret ved et rødt skift af emissionsbølgelængde fra SW6 til SW8. Beregninger af tidsafhængig densitetsfunktionsteori (TD-DFT) afslørede et gradvist fald i HOMO-LUMO-energigabet fra SW5 til SW8, i overensstemmelse med de rødforskudte spektre.

Især reducerede LUMO-energiniveauerne for SW5-8 i rækkefølge, mens HOMO-energiniveauerne var næsten uændrede. Dette fænomen indikerer, at acceptorsegmenterne ved 3- og 5-positionerne af aza-BODIPY reducerede energihullerne betydeligt, hvilket tilbyder en alternativ tilgang til at konstruere nye organiske småmolekylære NIR-II-materialer.

Så vælger denne artikel den mest fordelagtige absorptions-/emissionsbølgelængde SW8 til selvmontering. SW8 blev indkapslet i en amfifil matrix for at danne vandopløselige nanopartikler (SW8@NPs). PCE for SW8@NPs under 1.064 nm laserbestråling blev bestemt til at være så høj som 75 %, hvilket er en bemærkelsesværdig forbedring sammenlignet med SW1-7@NPs.

Desuden tilskrev ultrahurtige spektroskopiske undersøgelser denne ultrahøje PCE til en ikke-strålende mellemtilstand. Dette mørke mellemprodukt udtømte op til 80 % af den ophidsede befolkning med en høj henfaldsrate på 1,3 × 10 ¹³ s ^-1 over konventionelle ikke-strålende henfaldskanaler såsom intern konvertering, hvilket resulterer i den ultrahøje PCE.

Til sidst, for at studere biokompatibiliteten af ​​SW8@NPs, blev osteosarkomcelle 143B behandlet med SW8@NPs. Resultaterne viste, at SW8@NPs effektivt kunne være cellulær optagelse af 143B-cellerne med lav mørk toksicitet og høj fototoksicitet. Apoptoseniveauet blev signifikant øget efter 808 nm, og der blev taget 1.064 fototermiske billeder. Røntgenbilleddannelse blev brugt til at overvåge ortotopisk tumorvækst. tumorerne blev bestrålet med laser i 10 minutter og gentaget hver anden dag i 12 dage.

Kurven af ​​volumentendensen for gruppen "SW8@NPs +1.064 nm laser" viste fuldstændig tumorudryddelse i løbet af de 12 dages overvågning. Derimod lykkedes det ikke for de andre fem behandlinger at undertrykke tumorvækst, med en gennemsnitlig stigning i tumorvolumen på 4- til 5-fold nm laserbestråling. Sammenlignet med 808 nm laser kan 1.064 nn laser penetrere 15 mm tykt muskelvæv og effektivt stimulere SW8@NPs varmeproduktion. Yderligere undersøgelser af orthotopiske 143B-tumorbærende mus viste, at SW8@NP'er havde høj akkumulering og stærk fototermisk effekt på tumorstedet. Kontinuerlig bestråling af tumorområder i 10 minutter med en 808 (0,33 W cm ^-2 ) eller 1.064 nm laser (0,5 W cm ^-2 ) blev udført 24 timer efter SW8@NPs-injektion.

Desuden viste histologi og immunhistokemiske assays, at tumorstrukturen i "SW8@NPs+1.064 nm"-gruppen var alvorligt beskadiget, og parenkymcellerne forsvandt i stort antal og virkede vakuolære, og TUNEL-resultaterne viste, at niveauet af apoptose var signifikant steget. Western blotting blev brugt til at analysere apoptose-associerede proteiner (Bax, Bcl2, Caspase 9, Caspase 3 og PARP1).

I gruppen "SW8@NPs+1.064 nm" blev det overordnede phosphoryleringsniveau af apoptotisk protein øget, og apoptose blev aktiveret bestråling. Tilsammen afslørede resultaterne for første gang, at den SW8@NPs-medierede NIR-II PTT udøvede antitumoreffekter hovedsageligt ved at stimulere samtidig apoptose og pyroptose.

I denne undersøgelse rapporterede de om designet af en ny organisk lille-molekyle PTA (SW8) og selvtilgængelige nanopartikler (SW8@NPs) med en høj PCE (75%) i NIR-II vinduet (1.064 nm). Molekylær excited-state-dynamikanalyse viste, at denne ultrahøje PCE primært stammede fra en yderligere ikke-strålende henfaldsvej.

En række in vitro og in vivo eksperimenter viste for første gang, at overlegen NIR-II PTT effektivt kunne inducere samtidig apoptose og pyroptose i osteosarkomvæv. Forskerne foreslår, at design af organiske småmolekylære PTA'er baseret på rationelle principper i NIR-II-vinduet vil gavne de praktiske kliniske anvendelser af fototermiske aktiveringer og behandlinger i fremtiden.

Flere oplysninger: Zhenxiong Shi et al., Acceptor Engineering producerer ultrahurtigt ikke-strålende henfald i NIR-II Aza-BODIPY nanopartikler til effektiv osteosarkom fototermisk terapi via samtidig apoptose og pyroptose, Forskning (2023). DOI:10.34133/research.0169

Journaloplysninger: Forskning

Leveret af Research