新型 Rylene（莱啉基）光热试剂分子的合成及其肿瘤诊疗的研究

Photothermal therapy (PTT) is a novel phototherapeutic mode for cure various diseases, which employs photothermal agents (PTAs) to generate heat from light through directional radiation to the lesions. It is one of the research hotspots to improve and exploit the PTAs with excellent characteristic involving near-infrared (NIR) absorption, stability and photothermal conversion efficiency. This project aims to design and synthesize a series of rylene-based organic photothermal polymers. Then photothermal polymers form biocompatible nanomedicine via controllable assembling technology. In cell and small animal level, the photothermal nanomedicine is further sought for the therapeutic effect of subcutaneous tumor or tumor in situ models. The specific research plans are as follows: 1. Design and synthesis of a series of water-soluble fluorescent polymers which exhibit photothermal property. 2. The photothermal nanomedicine is prepared via controllable nano-assembly technology. Further exploration of spectral property, photothermal conversion efficiency and phantom for photoacoustic detection are studied. The biocompatibility and toxicity for cancer cells are tested. 3. Photoacoustic imaging technique is used to characterize the pharmacokinetics of nanomedicine in main organs and tumor tissue, and the visualization of nanomedicine in vivo is realized. On the basis, personal therapeutic measure is carried out and the effect of cancer photothermal therapy is verified. Guided by the emerging interdisciplinary of chemistry and biology, this project can effectively combine nanotmedicine and photoacoustic imaging techniques. Based on our previous study of the synthesis and bio-application of fluorescent polymers, the project is expected to be successfully achieved with remarkable results.

光热治疗是向癌症等病灶定点辐射光能，通过光热试剂转化为热能，从而达到治愈多种疾病的新兴治疗模式。近红外区吸收、稳定和高转化效率的光热纳米药物的研发，是国内外学术研究热点之一。本项目拟设计合成莱啉基有机光热试剂分子，通过可控纳米组装技术，制备具有高生物相容性的纳米药物，在细胞和小动物活体水平探索新型光热纳米药物对皮下或原位表皮肿瘤癌症模型的治疗效果。具体设想：1.设计一系列水溶性光热聚合物；2.通过可控纳米组装技术，制备光热纳米药物并研究其光热转化性能，以及在细胞水平的生物相容性；3.采用光声成像技术，探索光热纳米药物在小动物主要脏器内和肿瘤组织处的代谢动力学，以此为基础，进行个体化的光热治疗并验证光热治疗肿瘤的效果。本项目以化学生物学交叉研究为导向，结合纳米材料制备、纳米医学和新型光声成像技术，以申请人设计荧光聚合物的前期研究为基础，科学性强，预计该项目能够圆满完成并取得显著研究成果。

近红外光激发的光热纳米药物可以有效弥补传统癌症治疗手段的不足。但是目前常用近红外有机光热分子的光稳定性差和光热转化效率有限。因此，开发一种兼具高稳定纳米结构和光热转化效率的新型的近红外有机光热试剂，将有效提高肿瘤治疗的效率及医学安全性。莱啉（Rylene）系列化合物物化性能优异具有较高的消光系数而且易于化学修饰。本项目设计系列高度水溶性近红外莱啉系列大分子，通过超分子自组装技术得到一系列光热纳米药物，重点研究了材料的光诊疗（光声成像和光热治疗）性质，并进一步评价了基于这类新型光热试剂的癌症治疗应用以及安全性。.首先通过向苝酰亚胺分子引入“推-拉”电子基团和拓展苝酰亚胺分子的pi-共轭度，得到了系列具有近红外吸收的莱啉光热分子，再通过化学修饰和ATRP聚合方法，在三种分子“核”周围分别引入了不同拓扑结构的水溶性大分子“外壳”，在pi-pi作用力、氢键和静电等驱动力下，莱啉大分子可以在水溶液中自组装成为实心超分子纳米胶束。系列光热纳米药物均表现出强烈的光热效应，并且光热转化效率随着pi-共轭度延长而提高的趋势。随后结合光声成像技术，在假体和活体水平表现出高性能光声成像能力。在活体水平，研究其在肿瘤组织处的成像能力和药物代谢过程，通过不同时间点的肿瘤处光声信号监测。在药物代谢动力学指导下，经过莱啉纳米药物光热治疗后的小鼠肿瘤逐步消退至痊愈，表皮损伤恢复。莱啉系纳米药物在保证生物安全性的同时具有良好的光热抗肿瘤治疗效果。.本项目在雅布伦斯基光物理和染料化学理论的启发和指导下，开发了一系列高性能的莱啉系光热纳米药物，并深入开展了肿瘤诊疗的生物医学研究。不仅为开发新型有机光热试剂提供了思路，还丰富了现有光热试剂的种类，为科学研究提供了更多的选择性和借鉴性。