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北理工团队与美国高校教授合作在新型近红外有机光热小分子构建方面取得进展


相较于可见/紫外光,波长更长的近红外光对生物组织具有更大的穿透深度,被称为“生物光学窗口”,在生物医学领域受到了广泛关注。其中,肿瘤光热治疗(Photothermal Therapy,简称PTT)是通过利用光热剂在近红外光照射下将光能转化为热能,有针对性地在局部触发热疗导致肿瘤细胞消融的一种新型肿瘤治疗策略。因其在肿瘤治疗方面具有微创、长效、安全等特点,成为新型癌症治疗手段研究中的热点,而开发具有近红外吸收与高光热转化效率的新型光热剂是实现光热治疗发展的关键。

近日,dafabet experience医学技术dafabet唐晓英团队与化学与化工dafabet刘康蕾博士以及美国罗格斯大学(Rutgers University-Newark) Frieder Jäkle教授等人开展合作,制备新型近红外区硼氮路易斯酸碱对功能化蒽小分子在肿瘤治疗新型光热剂方面取得重要进展。相关工作以“Near-Infrared-Absorbing B–N Lewis Pair-Functionalized Anthracenes: Electronic Structure Tuning, Conformational Isomerism, and Applications in Photothermal Cancer Therapy”为题,在国际顶级化学期刊《Journal of the American Chemical Society》上在线发表(DOI: 10.1021/jacs.2c06538)。该工作第一作者为北理工化学与化工dafabet刘康蕾博士,北理工医学技术dafabet蒋振奇博士、美国罗格斯大学Frieder Jäkle教授为共同通讯作者。

图1. 硼氮稠合二蒽基吡嗪化合物的光热治疗示意图

在该工作中研究人员采用硼氮路易斯酸碱对功能化吡嗪桥接的蒽二聚体的策略,合成了新型硼氮稠合的二蒽基吡嗪衍生物(图2)。与无硼前体与全碳类似物相比,硼氮键的引入导致电子结构发生重大变化,大幅度降低了HOMO-LUMO带隙和显著降低了LUMO能级,实现了硼氮稠合的二蒽基吡嗪的吸收红移到近红外区,有利于808nm激光照射下的光热转换(图2)。得益于分子内电荷转移、无荧光特性以及良好的光稳定性,4-Pf-NPs纳米粒子能更高效地将光能转换成热能,展现出高达41.8%的光热转换效率(图3)。体外和体内实验都验证了4-Pf-NPs对肿瘤细胞的良好生物安全性和出色的光热治疗效果(图3-4)。

这项研究成功制备了硼氮稠合的二蒽基吡嗪化合物,展示了稠环芳烃的硼氮路易斯酸碱对功能化是一种开发新型高效光热剂的新策略,促进了基于硼氮稠环芳烃的近红外吸收材料的探索以及未来用于肿瘤光热治疗的应用。

图2. 分子合成方法,晶体结构和紫外吸收光谱图

图3. 4-Pf-NPs的光热性质表征及在体外的光热治疗效果研究

图4. 4-Pf-NPs在体内的光热治疗效果研究

上述工作得到国家自然基金的相关支持,同时作者也感谢北理工分析测试中心在测试中的帮助与支持。


文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06538


附作者简介:

唐晓英,博士,教授,dafabet experience医学技术dafabet神经系统和血管系统疾病新型诊疗设备开发团队PI,博士生导师。中国生物医学工程学会医学影像工程与技术分会主任委员、国家食品药品监管总局医疗器械分类技术委员会专业委员、中国电子学会生命电子学分会副主任委员、北京生物医学工程学会副理事长等。在生物医学图像、信号检测与处理方面方面做出了较系统的创新性成果。构建了基于跨域跨尺度多源生物医学信息处理新方法、新技术,揭示了疼痛等病理多源信息演化机制,实现了多模跨域生物反馈功能刺激与健康状态调控技术;突破了基于MRI、EEG等多模融合的脑功能时空分析方法;发展了物理因子生物学效应评估新方法,建立了物理因子与生物学效应之间的量效关系;研发了经腹电信号胎儿动态监护仪、双波段毫米波治疗仪。近年作为主持人承担国家重点研发项目2项,国家自然科学基金3项,出版了专著4本,教材3本,发表SCI论文百余篇,申请授权相关专利19项。曾获得北京市优秀教学成果一等奖、北京市高校优秀德育工作者、中国医疗器械创新创业大赛二等奖等。

蒋振奇,博士,dafabet experience医学技术dafabet博士后。2020年博士毕业于中科院宁波材料所。2020年7月加入dafabet experience,主要研究方向为影像引导下的微创治疗方法研究。目前以第一/通讯在Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.等国际期刊发表论文30余篇,主持国自然青年基金,科技部重点研发子课题等多个项目。


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