功能可转变的新型聚集诱导发光纳米材料的制备及其用于癌症精准诊疗的研究

To meet the requirements of personalized and precise cancer theranostics, this project aims to design and synthesize a new class of function-transformable optical imaging molecules. The kind of molecules consist of a light-controllable dithienylethylene (DTE) block, aggregation-induced emission (AIE) units, and electron withdrawing groups. By simple external light irradiation, the DTE structure can be tuned between the open-ring and closed-ring forms. As a result, the light energy absorbed by the molecules can be maximally concentrated on photoacoustic imaging, or fluorescence imaging, or fluorescence imaging plus photodynamic therapy on the basis of biomedical requirements. Thus, one molecule with multiple functions will be realized, which can be facilely controlled as needed to enable the maximized effectiveness of each function. Based on the intelligent molecules, the function-transformable nanomaterials will be prepared by using biocompatible and tumor microenvironment-responsive polymers as the encapsulation matrix via co-assembly strategy. Moreover, the project will also make full use of the merits of photoacoustic imaging, fluorescence imaging, and photodynamic therapy, in the application of cancer surgery. The function-transformable nanomaterials will be used for preoperative photoacoustic diagnosis of tumors, and intraoperative fluorescence imaging of residual and tiny tumor tissues after tumor resection. In the case of palliative debulking surgery, the function-transformable nanomaterials will be applied for photodynamic therapy of residual tumors during surgery. This project is expected to provide new materials and new insights for the precise cancer theranostics.

围绕个性化与精准癌症诊疗的需求，本项目拟设计与合成一类新型的功能可转变的光学成像分子。该分子由光控单元二噻吩基乙烯、“聚集诱导发光”基元以及吸电子基团组成。通过简单的外部光照，可以调控分子内二噻吩基乙烯单元的开环与关环，从而使分子吸收的光能能够根据生物医用的需求最大限度地集中用于光声成像、或者荧光成像、或者荧光成像+光动力治疗，实现一个分子多个功能，各个功能之间能够人为可控地进行转变，并且每一个功能都能够实现最大化的功效。采用良好生物相容性和肿瘤微环境响应性的生物医用高分子与所合成分子共组装制备纳米材料。本项目还将光声成像、荧光成像以及光动力治疗各自的特点和优势与癌症手术治疗相结合。将功能可转变的纳米材料用于术前光声诊断、术中荧光检测残余肿瘤组织和微小肿瘤组织，并且针对临床上姑息性/减瘤手术等情况使用纳米材料对残余肿瘤组织进行术中的光动力治疗。本项目有望为癌症精准诊疗提供新材料和新思路。

在项目的资助下，项目组成功地设计制备了一系列功能可转变的光控分子。其中，所制备的DTE-2AIE-2A型光控分子包括光控单元二噻吩基乙烯（DTE）、可以自由旋转的聚集诱导发光（AIE）基元以及吸电子基团（A），其吸收的光能能够根据生物医用的需求最大限度地集中用于光声成像，或者荧光成像或者荧光成像+光动力治疗，实现了一个分子多个生物医学功能，并且能够人为可控地选择不同功能进行癌症光诊疗。通过与良好生物相容性和肿瘤特异靶向性的生物医用高分子及多肽的共组装，制备了功能可转变的纳米材料，并证明了其良好的生物安全性。基于纳米材料的光控生物医学功能转变的特性，实现了其术前光声诊断以及术中荧光诊断，满足了肿瘤切除手术术前和术中对不同成像模式的需求。针对临床上姑息性/减瘤手术等情况，利用功能可转变纳米材料的光动力治疗功能引发了肿瘤细胞的免疫原性死亡，从而激发了体内免疫效应，实现了小鼠肿瘤组织生长的有效抑制。本项目的研究工作为多功能智能光学成像材料的开发提供一种新的思路和概念，也为临床上肿瘤手术治疗提供了一种新的个性化策略。在本项目的资助下，项目负责人作为通讯作者发表了10篇期刊论文，本项目均为第一标注。申请中国发明专利3项，其中授权1项。项目负责人获得了国家杰出青年科学基金的资助。