盡管NIR-I成像比可見光波長下的成像性能要好，但是光學(xué)成像研究的最新進(jìn)展表明，通過在第二個NIR窗口（NIR-II，1,000-1,700nm）中進(jìn)行檢測，可以更好地提高活體的成像質(zhì)量。這主要?dú)w因于組織自體熒光減弱、光子散射減弱以及較長波長的光子吸收水平較低。在使用NIR-II窗口時，包括對厘米組織的光探測、毫米深度的微米分辨率和高對比度，這些性能得到顯著提高且可以實時實現(xiàn)。如，奇物論先前報道的中科院自動化研究所田捷研究員發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上的用于臨床手術(shù)。怒贊！近紅外II區(qū)熒光探針引導(dǎo)首次臨床手術(shù)！
本期頂刊趨勢，奇物論編輯部針對近期關(guān)于NIR-II相關(guān)的研究進(jìn)行總結(jié)，供大家學(xué)習(xí)和交流！（注：前兩篇奇物論近日尚未進(jìn)行報道）
1. Nano. Today：穩(wěn)定明亮的AIE點(diǎn)用于對大鼠進(jìn)行NIR-II成像
新興的近紅外II區(qū)(NIR-II)熒光成像具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其在小動物的體內(nèi)成像領(lǐng)域已被廣泛研究，但其在大動物模型上的拓展還未開始。香港科技大學(xué)唐本忠院士和浙江大學(xué)錢駿教授首次利用聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)點(diǎn)對活鼠腦血管和主要器官進(jìn)行NIR-II成像。
本文要點(diǎn)：
（1）所實驗制備的AIE點(diǎn)具有較高的光亮度和良好的穩(wěn)定性及生物相容性。由于其有著長的發(fā)射范圍和高發(fā)光亮度,因此該AIE點(diǎn)可以對大鼠的大腦血管進(jìn)行體內(nèi)NIR-II熒光顯微成像，并具有高的空間分辨率(~4 μm)和深部穿透 (700 μm)等優(yōu)點(diǎn)，這也是目前大鼠大腦成像領(lǐng)域可實現(xiàn)的最高穿透深度和最佳分辨率。
（2）與此同時，該NIR II AIE點(diǎn)可用于對腦血栓早期的微小血管堵塞進(jìn)行實時檢測，并能夠?qū)Υ笫蟮奈改c道和膀胱進(jìn)行無創(chuàng)監(jiān)測，進(jìn)而有助于更好地了解大鼠的消化系統(tǒng)和排泄過程。綜上所述，這一研究工作也為發(fā)展先進(jìn)的NIR-II大動物成像提供了重要的參考。
Ji Qi. et al. Highly stable and bright AIE dots for NIR-II deciphering of living rats. Nano Today. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220300621
2. Nature Commun.：具有長血液半衰期的有機(jī)NIR-II分子，用于體內(nèi)動態(tài)血管成像
實時監(jiān)測血管功能障礙在臨床前期研究中具有重要意義。第二個近紅外（NIR-II）窗口中的光學(xué)生物成像具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括高分辨率和快速反饋。然而，已報道的分子染料由于血液循環(huán)時間有限(~5~60?min)，吸收和發(fā)射波長較短，影響了準(zhǔn)確的長期監(jiān)測。有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)的張凡等研究人員，報道了一個吸收和發(fā)射超過1000nm的NIR-II分子（LZ-1105）。
本文要點(diǎn)
1）由于較長的血液循環(huán)時間（半衰期為3.2 h），該熒光團(tuán)可用于實時實時監(jiān)測動態(tài)血管過程，包括后肢的缺血性再灌注，頸動脈的溶栓以及血腦屏障的開放和恢復(fù)（BBB）。
LZ-1105為研究人員提供了一種評估由于長激發(fā)和發(fā)射波長以及長期血液循環(huán)特性而導(dǎo)致的血管功能障礙的方法。
Benhao Li, et al. Organic NIR-II molecule with long blood half-life for in vivo dynamic vascular imaging. Nature Communications, 2020.
DOI：10.1038/s41467-020-16924-z
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16924-z
3. AM：一種腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型FRET傳感器用于肝癌原位成像
第二近紅外(NIR-II)窗口的深層組織成像為廣泛的基礎(chǔ)研究提供了廣闊的前景。然而，由于組織吸收和散射導(dǎo)致的不均勻信號衰減，阻礙了其在體內(nèi)精確生物傳感中的應(yīng)用。在此，復(fù)旦大學(xué)Fan Zhang等人提出了一種利用腫瘤微環(huán)境(過氧亞硝酸鹽，ONOO?)響應(yīng)型鑭系-花菁F?rster共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)納米傳感器在近紅外區(qū)域進(jìn)行基于壽命的原位肝細(xì)胞癌（HCC）檢測方法。
本文要點(diǎn)：
1）合成了一種特殊設(shè)計的響應(yīng)型NIR-II染料MY-1057作為FRET受體。
2）研究表明，魯棒壽命傳感與組織穿透深度無關(guān)。由于恢復(fù)壽命，腫瘤病變與正常組織可以準(zhǔn)確地區(qū)分開來。
3）磁共振成像和肝臟解剖結(jié)果表明，在單個和多個HCC模型中，基于壽命的檢測是可靠的。此外，還可以根據(jù)肺癌的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算ONOO?的量。
Mengyao Zhao, et al. A Tumor‐Microenvironment‐Responsive Lanthanide–Cyanine FRET Sensor for NIR‐II Luminescence‐Lifetime In Situ Imaging of Hepatocellular Carcinoma, Adv. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adma.202001172
https://doi.org/10.1002/adma.202001172
4. Chem. Sci綜述：控制AIE分子的結(jié)構(gòu)和發(fā)光過程以用于近紅外II區(qū)診療
香港科技大學(xué)唐本忠院士對如何控制AIE分子的結(jié)構(gòu)和發(fā)光過程以實現(xiàn)近紅外II區(qū)診療應(yīng)用的研究進(jìn)行了綜述總結(jié)。
本文要點(diǎn)：
（1）聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)是一種前沿的熒光技術(shù)，可以產(chǎn)生高效率的光致發(fā)光。在近紅外II區(qū) (NIR-II, 1000-1700 nm)范圍內(nèi)發(fā)光的AIE發(fā)光分子則在生物醫(yī)學(xué)成像和治療方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。然而在這些窄帶隙的材料中，如何通過分子設(shè)計以調(diào)節(jié)其熒光(輻射途徑)和光熱 (非輻射途徑)的平衡以及其中潛在的機(jī)制目前仍不清楚。
（2）作者在文中綜述了近年來開發(fā)具有 AIE特性的高效NIR-II發(fā)光體和光熱試劑方面所取得的最新進(jìn)展，并對從單分子到分子聚集體的多級結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)來優(yōu)化熒光效率的研究做了重點(diǎn)介紹；隨后作者討論了分子聚集體中的分子內(nèi)運(yùn)動對于平衡熒光成像和光熱治療功能的關(guān)鍵作用，展示了NIR-II區(qū)AIE分子在對血管和大腦進(jìn)行熒光/光聲成像以及腫瘤的光熱治療方面的優(yōu)勢；最后作者也對NIR-II區(qū)AIE分子在體內(nèi)應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
Shunjie Liu. et al. Structural and process controls of AIEgens for NIR-II theranostics. Chemical Science. 2020
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc02911d#!divAbstract
5. Angew綜述：近紅外II區(qū) AIE分子及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用
香港科技大學(xué)唐本忠院士和深圳大學(xué)王東副教授對開發(fā)近紅外II區(qū) AIE分子及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述展望。
本文要點(diǎn)：
（1）聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子 (AIEgens)及其在近紅外二區(qū)(NIR-II)的熒光成像應(yīng)用是一個新興的研究領(lǐng)域。NIR-II AIEgens可以有效克服光穿透深度不足和熒光效率低等瓶頸，因此可以提供更高精度的高性能成像結(jié)果。目前已有的一些NIR-II AIEgens可以實現(xiàn)熒光-光聲雙模態(tài)成像以及熒光成像指導(dǎo)的光熱治療，不僅可以提高診斷的準(zhǔn)確性，而且也有望實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。
（2）作者在文章中從分子設(shè)計策略和生物應(yīng)用等方面綜述了近年來國內(nèi)外開發(fā)NIR-II AIEgens的研究進(jìn)展，并對這一領(lǐng)域目前面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進(jìn)行了討論和展望。
Wenhan Xu. et al. NIR-II AIEgens: A Win-Win Integration towards Bioapplications. Angewandte Chemie International Edition. 2020
DOI: 10.1002/anie.202005899
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202005899
6. AFM：NIR-II激活具有聚集誘導(dǎo)發(fā)射的光敏劑用于精確高效的雙光子光動力腫瘤細(xì)胞消融
近紅外(NIR)光激發(fā)光敏劑對于深度穿透的光動力療法是非常理想的。在此，新加坡國立大學(xué)劉斌等人設(shè)計了一種NIR-II光(1200 nm)激活光敏劑TQ-BTPE，利用聚集誘導(dǎo)的單重態(tài)氧（1O2）產(chǎn)生進(jìn)行雙光子光動力腫瘤細(xì)胞消融。
本文要點(diǎn)：
1）TQ-BTPE在NIR-II激光激發(fā)下表現(xiàn)出良好的雙光子吸收和明亮的聚集誘導(dǎo)的NIR-I發(fā)射。在白光照射下，TQ-BTPE在水介質(zhì)中產(chǎn)生的1O2比商品化光敏劑Ce6高得多。在NIR-II激發(fā)下，TQ-BTPE的雙光子光敏性比Ce6高7倍。
2）HeLa細(xì)胞內(nèi)化的TQ-BTPE分子大多以小聚集點(diǎn)的形式存在于溶酶體中，在細(xì)胞內(nèi)分布均勻，有利于高效的光動力細(xì)胞消融。
3）由于TQ-BTPE在920 nm處有更大的雙光子吸收截面，TQ-BTPE在NIR-I和NIR-II激發(fā)下的雙光子光敏效應(yīng)表現(xiàn)出比在NIR-I激發(fā)下更高的1O2產(chǎn)生效率， NIR-II光在穿過新鮮豬肉組織后表現(xiàn)出更好的生物組織穿透能力，這有利于更強(qiáng)的雙光子光敏作用和更好的癌細(xì)胞消融性能。這項工作突出了NIR-II光激發(fā)光敏劑用于深層組織光動力治療的前景。
Shaowei Wang, et al. NIR‐II Light Activated Photosensitizer with Aggregation‐Induced Emission for Precise and Efficient Two‐Photon Photodynamic Cancer Cell Ablation, Adv. Funct. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202002546
https://doi.org/10.1002/adfm.202002546
7. Biomaterials：微型Au/Ag納米棒實現(xiàn)NIR-II光聲成像及光化學(xué)協(xié)同治療多藥耐藥金黃色葡萄球菌感染
多藥耐藥金黃色葡萄球菌(MRSA)嚴(yán)重危害人類健康。開發(fā)有效的方法來消除感染和監(jiān)測治療過程具有重要意義。近紅外-II (NIR-II)光聲(PA)成像和光熱治療(PTT)是高度集成的治療平臺，具有成像背景低、組織穿透深度大、光熱閾值高等優(yōu)點(diǎn)。在此，上海交通大學(xué)周建橋、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院盛宗海、廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院趙萍等人報告了一種利用微型Au/Ag納米棒(NRs)的可激活NIR-II光療策略，用于MRSA感染的光化學(xué)協(xié)同治療和原位監(jiān)測治療過程。
本文要點(diǎn)：
1）鐵氰化物溶液能有效地活化Au/Ag NRs，并允許其持續(xù)釋放游離Ag+以消除MRSA，觸發(fā)NIR-II光熱和PA性能的增強(qiáng)。
2）激活的NIR-II光熱效應(yīng)反過來加速了Au/Ag NRs中游離Ag+的釋放，從而協(xié)同清除革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。
3）治療小鼠未觀察到光熱損傷或游離Ag+引起的副作用。
4）協(xié)同處理后，植入部位和正常組織之間的NIR-II PA信號增加了20倍，最大信噪比為9.5，從而能夠靈敏地監(jiān)測Ag+的釋放過程。
5）所制備的Au/Ag NRs具有良好的穩(wěn)定性和生物相容性，在NIR-II光療中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
Zihan Mei, et al. Activatable NIR-II photoacoustic imaging and photochemical synergistic therapy of MRSA infections using miniature Au/Ag nanorods, Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120092
8. AM: 多重NIR-II探針用于淋巴結(jié)侵入的癌癥檢測和成像引導(dǎo)手術(shù)
腫瘤淋巴結(jié)（LN）轉(zhuǎn)移是腫瘤分期和治療決策的主要預(yù)后因素。然而，同時可視化轉(zhuǎn)移和進(jìn)行成像引導(dǎo)的淋巴結(jié)手術(shù)是具有挑戰(zhàn)性的。于此，美國國立衛(wèi)生研究院陳小元、南方科技大學(xué)梁永曄、武漢理工大學(xué)張明曦和吉林大學(xué)朱守俊等人報道了使用非重疊NIR-II探針的多重近紅外-II（NIR-II）體內(nèi)成像系統(tǒng)，其具有顯著抑制的光子散射和零自發(fā)熒光，從而可以可視化轉(zhuǎn)移性腫瘤和腫瘤轉(zhuǎn)移性近端LNs切除。
本文要點(diǎn)：
1)在NIR-IIa（1100-1300 nm）窗口中，篩選了一種明亮且尋求腫瘤的供體-受體-供體（D-A-D）染料IR-FD，以進(jìn)行原發(fā)/轉(zhuǎn)移性腫瘤成像。這種優(yōu)化的D-A-D染料在水溶液（≈6.0%）中表現(xiàn)出大大提高的有機(jī)D-A-D熒光團(tuán)的量子產(chǎn)率和良好的體內(nèi)性能。
2）具有致密聚合物涂層的超亮PbS/CdS核/殼量子點(diǎn)（QD）用于在NIR-IIb（>1500nm）窗口中可視化癌癥侵入的前哨LN。與臨床使用的吲哚菁綠相比，QD顯示出優(yōu)異的亮度和光穩(wěn)定性（即使在連續(xù)激光照射5小時后也沒有明顯的漂白）；因此，前哨LN檢測僅需要皮摩爾劑量。這種雙NIR-II圖像引導(dǎo)手術(shù)的組合可以在明亮的光線下進(jìn)行，增加了其在臨床使用中的便利性和吸引力。
Tian, R., et al. Multiplexed NIR‐II Probes for Lymph Node‐Invaded Cancer Detection and Imaging‐Guided Surgery. Adv. Mater. 2020, 32, 1907365.
https://doi.org/10.1002/adma.201907365
9. AFM：快速清除的超小半導(dǎo)體聚合物點(diǎn)用于NIR-II光聲成像和光熱腫瘤治療
第二近紅外(NIR-II)窗口(1000-1700 nm)的光療劑因其增強(qiáng)的穿透深度和最小化的組織暴露，正成為一種很有前景的精密醫(yī)學(xué)治療平臺。用于影像引導(dǎo)治療的可代謝的NIR-II納米藥物的開發(fā)對于非侵入性疾病診斷和腫瘤的精確消融至關(guān)重要。在此，澳門大學(xué)袁振等人首次報道了用于光聲成像引導(dǎo)光熱治療(PTT)的可代謝高吸收NIR-II共軛聚合物點(diǎn)(Pdots)。
本文要點(diǎn)：
1）低帶隙D-A π共軛聚合物(DPP-BTzTD)的獨(dú)特設(shè)計與改進(jìn)的納米再沉淀條件相結(jié)合，使得制備出具有超小粒徑(4 nm)的NIR-II吸收的Pdots成為可能。
2）大量的實驗測試表明，所構(gòu)建的Pdots具有良好的生物相容性、優(yōu)異的光穩(wěn)定性、明亮的光聲信號和較高的光熱轉(zhuǎn)換效率(53%)。
3）此外，通過尾靜脈注射荷瘤小鼠，Pdots還顯示出高效的腫瘤消融能力，并能迅速從體內(nèi)排泄。
4）體外和體內(nèi)實驗結(jié)果均表明，在0.5 W cm?2的1064 nm激光照射下，Pdots具有優(yōu)異的PTT性能，遠(yuǎn)低于其最大允許曝光限值1 W cm?2。
綜上所述，此初步研究為開發(fā)用于臨床轉(zhuǎn)化的有機(jī)半導(dǎo)體納米制劑開辟了新的途徑。
Xiaoju Men, et al. Ultrasmall Semiconducting Polymer Dots with Rapid Clearance for Second Near‐Infrared Photoacoustic Imaging and Photothermal Cancer Therapy. Adv. Func. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adfm.201909673
https://doi.org/10.1002/adfm.201909673
10. ACS Nano：生物響應(yīng)性等離子體組件—用于NIR-II窗口光聲成像引導(dǎo)的同步化療免疫治療
常規(guī)抗癌療法，如化療和放療的臨床療效受耐藥性、全身毒性和實體腫瘤缺氧性質(zhì)的限制，對遠(yuǎn)處腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移無效。基于此，福州大學(xué)楊黃浩、宋繼彬，中科院長春應(yīng)化研究所李占偉等人開發(fā)了雙生物響應(yīng)性納米間隙金納米粒子囊泡，負(fù)載免疫抑制劑并攜帶抗癌聚合物前藥，用于協(xié)同抗原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤的同步化療免疫治療，同時在第二近紅外(NIR-II)窗口通過光聲(PA)成像引導(dǎo)載物釋放。
本文要點(diǎn)：
1）通過接枝有聚乙二醇(PEG)和pH/GSH雙重響應(yīng)性多聚物聚(SN38-co-4-乙烯基吡啶)的納米間隙金納米粒子（AuNNPs）自組裝而成的響應(yīng)性囊泡(AuNNP@PEG/PSN38VP)，在NIR-II窗口顯示出強(qiáng)烈的PA信號。
2）通過計算模擬，闡明了疏水聚合物PSN38VP的剛性對組裝結(jié)構(gòu)的影響以及AuNNP@SN38Ve的形成機(jī)理。免疫抑制劑BLZ-945被包裹在囊泡中，導(dǎo)致BLZ-945的pH響應(yīng)性釋放用于靶向免疫治療，隨后囊泡解離成單個AuNNP@PEG/PSN38VP。
3）親水性AuNNP@PEG/PSN38VP納米粒在還原性環(huán)境下能深入腫瘤組織，并釋放抗癌藥SN38。同時能在腫瘤深部的NIR-II窗口獲得PA信號。
實驗結(jié)果表明，負(fù)載有BLZ-945的囊泡能夠增強(qiáng)PA成像引導(dǎo)的同步化療免疫治療效果，并抑制原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤的生長。
Rong Zhu, et al. Biologically Responsive Plasmonic Assemblies for Second Near-Infrared Window Photoacoustic Imaging-Guided Concurrent Chemo-Immunotherapy. ACS Nano, 2020.
DOI: 10.1021/acsnano.9b07984
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07984
11. Small：NIR-II發(fā)光納米點(diǎn)對急性心肌梗死的瞬時體內(nèi)成像
臨床醫(yī)師需要在急性梗塞后快速，準(zhǔn)確地定位心肌缺血組織，這是朝著準(zhǔn)確有效治療的第一步。如今，早期的心臟病發(fā)作診斷是基于生化血液分析（檢測心肌酶）或超聲輔助成像。研究了替代方法來克服這些經(jīng)典技術(shù)的局限性（耗時的過程或低空間分辨率）。就像在生物醫(yī)學(xué)的許多其他領(lǐng)域一樣，心臟病學(xué)的臨床前成像也可以受益于納米技術(shù)的快速發(fā)展。有鑒于此，西班牙IRYCIS的Dirk H. Ortgies、Daniel Jaque等研究人員，將生物功能化的近紅外發(fā)射納米顆粒用于急性心肌梗塞后心臟的體內(nèi)成像。
本文要點(diǎn)
1）利用近紅外熒光成像的優(yōu)異采集速度以及對近紅外發(fā)射納米粒子的有效選擇性靶向，在急性梗塞事件發(fā)生后僅幾分鐘即可獲得梗塞心臟的體內(nèi)圖像。
這項工作為急性心肌梗死后缺血心肌的體內(nèi)高效成像提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的途徑。
Sergio Mateos, et al. Instantaneous In Vivo Imaging of Acute Myocardial Infarct by NIR‐II Luminescent Nanodots. Small, 2020.
DOI：10.1002/smll.201907171
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201907171
