CN111742034B - 具有高度非辐射衰减抑制的碗烯包裹的aie纳米点用于增强体内癌症光诊疗 - Google Patents

具有高度非辐射衰减抑制的碗烯包裹的aie纳米点用于增强体内癌症光诊疗 Download PDF

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Abstract

本发明主题涉及具有聚集诱导发光(AIE)性质并表现出近红外吸收的荧光化合物。包括本发明化合物的组合物可包括碗烯改性的聚乙二醇封装基质。该组合物可以是纳米粒子形式。将AIE化合物封装在碗烯基质中提供了粒子内刚性并限制了被封装AIE化合物的分子内转动，这导致该组合物在体内荧光和ROS生成能力增强。因此，该组合物可用于NIR成像引导的癌症手术和光动力癌症治疗。

Description

具有高度非辐射衰减抑制的碗烯包裹的AIE纳米点用于增强 体内癌症光诊疗
相关申请
本申请要求递交于2018年2月21日的申请号为62/710,470的美国临时专利申请的优先权，该申请由本专利申请的发明人递交，在此通过全文引用将其并入本申请中。
技术领域
本发明主题主要涉及一系列具有聚集诱导发光性质和近红外吸收的化合物及其在生物成像和光诊疗中的应用。
背景技术
用于癌症光诊疗的光学试剂可进行实时分子诊断和同步光触发治疗。在各种光诊疗剂中，荧光纳米颗粒(NPs)由于具有的荧光成像的高灵敏度和时间分辨率，光动力治疗(PDT)的按需和原位标记以及独特的高渗透性和保留(EPR)效应而备受青睐。为了满足理想的癌症光诊疗的需求，荧光NPs必须具备以下几个特性：足够高的近红外(NIR)发射(>650nm)；NPs中荧光组分的活性氧种(ROS)产生效率；强的抗光漂白性；可忽略的细胞毒性和体内毒性；合适的NP尺寸和表面化学性质以及显著的EPR效应。
与其他广泛研究的荧光NPs相比，有机荧光团掺杂的NPs具有可调的光物理性质，灵活的结构调整和良好的生物相容性等优点。然而，π-共轭的荧光团倾向于在NPs中聚集，对于具有平面分子结构的传统小分子荧光染料，由于分子内相互作用，如π-π堆积和其他非辐射衰减，NPs内的这种聚集常会导致发光和ROS产生的显著猝灭，这极大地限制了其在癌症光治疗中的应用。人们做出了许多努力如通过在荧光团中引入庞大的侧基和疏水抗衡离子来克服荧光NPs聚集导致猝灭(ACQ)的效应。显然，由于在阻止强的π-π堆积时遇到困难，这些先前的努力并未得到预期的结果。
近来兴起的聚集诱导发光的发光团(AIEgens)可作为构建荧光NPs可替代的荧光材料，AIEgens完美地解决了ACQ的挑战并在体内具有低毒性。由于分子内运动使得激发态能量通过非辐射弛豫过程耗散，AIEgens通常在溶液中不发光，聚集时，这种从最低激发单重态(S1)到基态(S0)的弛豫由于空间位阻的影响而在很大程度上受到限制，导致S1态的能量通过荧光途径回到S0态。这一不同寻常的特性使得AIEgens非常适合于构建具有超高亮度和光漂白阈值的荧光NPs(也称作AIE点)。然而，先前的研究并未揭示如何控制和优化AIE点的荧光和ROS产生能力。
因此，非常需要具有高的荧光和ROS产生能力的先进的荧光NPs以用于癌症光诊疗。
发明内容
本发明主题涉及具有聚集诱导发光(AIE)特性并表现出近红外吸收的荧光化合物。包含本发明的化合物的组合物可以包括碗烯改性的聚乙二醇包封基质。该组合物可以是纳米颗粒形式。将AIE化合物封装在碗烯基质中提供了粒子内刚性，并限制了被封装的AIE化合物的分子内转动，这导致组合物在体内的荧光和ROS产生能力增强。因此，该组合物可用于NIR成像引导的癌症手术和光动力癌症治疗。
在一个实施例中，化合物具有选自下组的骨架结构式：
其中，R1、R1’、R1”和R1”’各自独立地选自以下基团组成的组：
其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自以下基团组成的组：H、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、CnH2n+1、C10H7、C12H9、烷氧基、OC6H5、OC10H7和OC12H9、CnH2nCOOH、CnH2nNCS、CnH2nN3、CnH2nNH2、CnH2nSH、CnH2nCl、CnH2nBr、CnH2nI、N(CnHm)2和SCnHm；
其中n和m各自独立地是0-10的整数；
其中A是一价抗衡离子；且
其中一价抗衡离子总是存在于化合物中。
在进一步的实施例中，该化合物是：
在另一个实施例中，本发明主题涉及一种荧光纳米颗粒组合物，其包括具有聚集诱导发光性质的荧光化合物和碗烯改性的聚乙二醇，其中荧光化合物包封在碗烯改性的聚乙二醇中，该荧光化合物的骨架结构式选自下组：
其中，R1、R1’、R1”和R1”’各自独立地选自以下基团组成的组：
其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自以下基团组成的组：H、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、CnH2n+1、C10H7、C12H9、烷氧基、OC6H5、OC10H7和OC12H9、CnH2nCOOH、CnH2nNCS、CnH2nN3、CnH2nNH2、CnH2nSH、CnH2nCl、CnH2nBr、CnH2nI、N(CnHm)2和SCnHm；以及
其中n和m各自独立地是0-10的整数；
其中A是选自I-、Cl-、Br-、PF6 -、ClO4 -、BF4 -、BPh4 -和CH3PhSO3 -的一价抗衡离子；且
其中一价抗衡离子总是存在于化合物中。
附图说明
现将用参考附图详细描述各种实施例。
图1(A)表示TPP-TPA在不同水分数(fw)的DMSO-H2O混合物中的PL光谱；图1(B)表示在680nm处TPP-TPA在DMSO-H2O混合物中的相对PL强度(I/I0)与fw的关系图；激发波长：440nm(插图表示在365nm紫外灯下，TPP-TPA在DMSO溶液和fw为99％的DMSO-H2O混合物中的荧光照片；TPP-TPA的浓度：1×10-5M)；图1(C)表示基于opt wB97XD/6-31g**方法的密度泛函理论(DFT)计算的TPP-TPA基态HOMO和LUMO的分子轨道图。
图2表示化合物2的高分辨质谱。
图3表示化合物2在CD2Cl2中的1H NMR谱图。
图4表示化合物2在CD2Cl2中的13C NMR谱图。
图5表示TPP-TPA的高分辨质谱。
图6表示TPP-TPA在CD2Cl2中的1H NMR谱图。
图7表示TPP-TPA在CD2Cl2中的13C NMR谱图。
图8表示TPP-TPA在DMSO溶液中的UV-vis光谱(TPP-TPA的浓度：1×10-5M)。
图9表示TPP-TPA在水分数为80％，90％和99％的DMSO/H2O混合物中的PL光谱(激发波长：440nm)。
图10表示基于opt wB97XD/6-31g**方法的TPP-TPA密度泛函理论(DFT)的计算：(A和B)(TPP-TPA激发态的HOMO(A)和LUMO(B)的分子轨道图)。
图11表示用纳米沉淀法制备Cor-AIE点和DSPE-AIE点的方案。
图12表示Cor-AIE点和DSPE-AIE点在水溶液中的UV-vis光谱(浓度：0.01mg/mL)。
图13(A)和13(B)分别表示Cor-AIE点(A)和DSPE-AIE点(B)的DLS分析以及图13(C)和13(D)分别表示Cor-AIE点(C)和DSPE-AIE点(D)的TEM图像。
图14(A)和14(B)表示Cor-AIE点和DSPE-AIE点的PL光谱和荧光寿命光谱(激发波长：500nm；插图表示在365nm紫外灯下，Cor-AIE点的荧光照片)；图14(C)和图14(D)分别表示在白光照射下(60mW/cm2,400-1000nm)Cor-AIE点(上)和DSPE-AIE点(下)的吸收光谱以及ABDA的分解速率，其中A0和A分别是辐照前后在378nm处的吸光度(纳米颗粒(Cor-AIE点和DSPE-AIE点)和ABDA的浓度分别为0.01mg/mL和100μM)；图14(E)和14(F)表示AIEgens在柔性和刚性基质中Jablonski图显示的非辐射，辐射和系间窜越(ISC)过程(S0：基态，S1：最低激发单重态，T1：最低激发三重态，knr，kr和kISC分别为非辐射弛豫，辐射衰减和ISC过程的速率常数；FL：荧光)。
图15(A)-(E)涉及将心环烯逐滴加入到TPP-TPA溶液的1H NMR滴定实验；图15(A)表示将特征质子标记为Ha、Hb、Hc、Hd和He的TPP-TPA和碗烯的结构；图15(B)-(E)表示TPP-TPA化学位移(1-甲基吡啶鎓盐的芳香族质子(B和D)，1-甲基吡啶鎓盐和苯甲醚的甲基质子(E))和心环烯化学位移的变化，如虚线所示并通过相关值进行评估(在CD2Cl2溶液中TPP-TPA的浓度为1×10-2M，碗烯的浓度为1×10-2M(1:1)，2×10-2M(1:2)和6×10-2M(1:6))。
图16(A)表示碗烯和TPP-TPA间的理论位置，图16(B)表示没有碗烯和有碗烯时在M06-2X/6-31G(d)水平上TPP-TPA的S0，S1和T1态的优化分子几何形状。
图17(A)-(D)表示HeLa细胞在37℃与Cor-AIE点孵育1h后的共聚焦成像图(红色，λex＝560nm，λem＝570–720nm)(细胞核被Hoechst 33342染色(蓝色，λex＝405nm，λem＝430–470nm))(浓度：1×10-5M；ROS的释放由H2DCF-DA监测)。图17(E)表示在白光(36mW)下Cor-AIE点，H2DCF-DA以及两者在PBS中的混合物在525nm处不同时间下的荧光强度变化(激发波长：488nm；Cor-AIE点和H2DCF-DA的浓度分别为0.01mg/mL和1μM)；图17(F-I)表示仅用(F,G)H2DCF-DA(1μM)以及用(H,I)Cor-AIE点(0.01mg/mL)和H2DCF-DA(1μM)染色HeLa细胞30min再暴露于白光2min(F,H)之前和(G,I)之后明场和荧光的合并图像。激发波长：488nm。
图18(A)表示腹膜内肠表面上肿瘤结节的明场、荧光、生物发光和H&E染色图像；图18(B)表示带有腹膜癌的小鼠在静脉注射Cor-AIE点24h后腹膜表面上肿瘤结节的明场、荧光、生物发光和H&E染色图像。
图19(A)表示术前代表性的荧光图像；图19(B)表示在白光下术后代表性的荧光图像；图19(C)表示借助于Cor-AIE点成像引导的重新手术后的代表性荧光图像；图19(D)表示用荧光成像***(左)和生物发光成像***(右)查验的从未引导组和Cor-AIE点引导组中提取的结节；图19(E)表示从未引导组和Cor-AIE点引导组中提取的结节的直径直方图。
图20表示术后无肿瘤生存率与时间(天)的Kaplan–Meier生存曲线，显示与假手术和无Cor-AIE点荧光引导的标准手术(红色)相比，Cor-AIE点荧光成像引导的手术(蓝色)提高了长期无肿瘤生存率。
图21(A)表示带有腹膜癌的小鼠在静脉注射盐水，DSPE-AIE点和Cor-AIE点后的时间依赖的生物发光成像图；图21(B)表示腹膜内肿瘤在第0、1、3、5和9天时的平均生物发光强度；图21(C)表示不同处理后的生存率曲线(所有实验组均为“盐水”，“Cor-AIE点”，“光(L)”，“DSPE-AIE点+L”和“Cor-AIE点+L”；“L”是在白光(0.4W cm-2)下持续10min；基于TPP-TPA，DSPE-AIE点和Cor-AIE点的浓度为1mg mL-1；注射量为150μL)。
图22表示带有腹膜癌的小鼠在“光(L)”组和“Cor-AIE点”组时间依赖的生物发光成像图(“L”是在白光(0.4W cm-2)下持续10min；基于TPP-TPA，Cor-AIE点的浓度为1mg mL-1；注射量为150μL)。
具体实施方式
提供以下定义旨在理解本发明主题并构建所附专利权利要求。
定义
应当理解，以上或以下描述的附图仅用于说明目的。附图不一定按比例绘制，通常将重点放在说明本教导的原理上。附图无意以任何方式限制本教导的范围。
在整个申请中，其中组合物被描述为具有，包括或包含特定组分，或者其中过程被描述为具有，包括或包含特定过程步骤。预期本教导的组合物也可以基本上由，或由所述组分组成，并且本教导的过程也可以基本上由，或由所述的过程步骤组成。
在本申请中，其中元素或组分被称为包括在所列举的元素或组分的列表中和/或从所列举的元素或组分的列表中选择，应当理解，该元素或组分可以是所列举的元素或组分中的任何一个，或者元素或组分可以选自由两个或多个所述元素或组分组成的组。此外，应当理解，在不脱离本教导的精神和范围的情况下，无论本文是明确的还是隐含的，本文所述的组合物，装置或方法的元素和/或特征可以以多种方式组合。
除非另有特别说明，否则术语“包括”、“包括”、“包括”、“具有”、“具有”或“具有”的使用通常应理解为开放式且非限制性的。
除非另有特别说明，否则本文所用单数形式包括复数形式(反之亦然)。
应当理解，只要本教导仍然可操作，步骤的顺序或执行某些动作的顺序就无关紧要。而且，可以同时进行两个或更多个步骤或动作。
本文所用的术语“λex”是指激发波长。
本文所用的短语“聚集导致猝灭”或“ACQ”是指其中π-共轭荧光团的聚集使荧光团的荧光强度显著降低的现象。这种聚集体的形成被称为“猝灭”荧光团的光发射。
本文所用的短语“聚集诱导发光”或“AIE”是指化合物在无定形或结晶(固态)状态聚集时表现出显著增强的发光，而在稀溶液中表现为弱或几乎没有发光的现象。
本文所用的“发光强度”是指通常由荧光光谱仪或荧光显微镜测定得到的荧光/磷光强度；本文所用的“荧光团”或“荧光素”是指表现出荧光的分子；本文所用的“发光团”或“发光素”是指能够发光的分子；以及本文所用的“AIEgen”是指具有AIE性质的分子。
本文所用的“卤代”或“卤素”是指氟、氯、溴和碘。
本文所用的“烷基”是指直链或支链的饱和烃基。烷基的实例包括甲基(Me)，乙基(Et)，丙基(例如，正丙基和异丙基)，丁基(例如，正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基)，戊基(例如，正戊基、异戊基、新戊基)，己基等。在各种实施例中，烷基可具有1至40个碳原子(即，C1-40烷基)，例如1-30个碳原子(即，C1-30烷基)。在一些实施例中，烷基可以具有1至6个碳原子，并且可以被称为“低级烷基”。低级烷基的实例包括甲基，乙基，丙基(例如，正丙基和异丙基)和丁基(例如，正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基)。在一些实施例中，烷基可以如本文所述被取代。烷基通常不被另一个烷基，烯基或炔基取代。
本文所用的“烯基”是指具有一个或多个碳-碳双键的直链或支链烷基。烯基的实例包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、丁二烯基、戊二烯基、己二烯基等。一个或多个碳-碳双键可以是内部的(例如在2-丁烯中)或末端的(例如在1-丁烯中)。在各种实施例中，烯基可具有2至40个碳原子(即，C2-40烯基)，例如2至20个碳原子(即，C2-20烯基)。在一些实施例中，烯基可如本文所述被取代。烯基通常不被另一个烯基，烷基或炔基取代。
本文所用的“杂原子”是指除碳或氢之外的任意元素的原子，并且包括例如氮、氧、硅、硫、磷和硒。
本文所用的“芳基”是指芳族单环烃环体系或多环环体系，即两个或更多个芳族烃环稠合(即，具有共同的键)在一起或至少一个芳族单环烃环与一个或更多个环烷基和/或环杂烷基环稠合。芳基在其环体系中可具有6至24个碳原子(例如，C6-24芳基)，其可包括多个稠合环。在一些实施例中，多环芳基可具有8至24个碳原子。芳基任意合适的环位置可与明确的化学结构连接。仅具有芳族碳环的芳基的实例包括苯基、1-萘基(双环)、2-萘基(双环)、蒽基(三环)、菲基(三环)、戊炔基(五环)等基团。其中至少一个芳族碳环与一个或多个环烷基和/或环杂烷基环稠合的多环体系的实例包括环戊烷的苯并衍生物(即，茚满基，其为5,6-双环环烷基/芳环体系)、环己烷(即，四氢萘基，其为6,6-双环环烷基/芳环体系)、咪唑啉(即，苯并咪唑啉基，其为5,6-双环环杂烷基/芳环体系)和吡喃(即，色烯基，其为6,6-双环环杂烷基/芳环体系)。芳基的其他实例包括苯并二恶烷基、苯并二氧杂环戊烯基、苯并二氢吡喃基、二氢吲哚基等。在一些实施例中，芳基可如本文所述被取代。在一些实施例中，芳基可具有一个或多个卤素取代基，并且可被称为“卤代芳基”。在“卤代芳基”的定义内包括全卤芳基，即所有氢原子均被卤素原子(例如，-C6F5)取代的芳基。在某些实施例中，芳基被另一个芳基取代并可被称为联芳基。如本文公开所述联芳基中的各个芳基可被取代。
本文所用的“杂芳基”是指包含至少有一个选自氧(O)、氮(N)、硫(S)、硅(Si)和硒(Se)的环杂原子的芳族单环环体系或其中至少有一个存在于环体系中的环是芳族的并且包含至少一个环杂原子的多环环体系。多环杂芳基包括具有两个或更多个稠合在一起的杂芳基环，以及与一个或多个芳族碳环，非芳族碳环，和/或非芳族环杂烷基环稠合的具有至少一个单环的杂芳基环。总体上，杂芳基可具有例如5至24个环原子并包含1-5个环杂原子(即，5-20元杂芳基)。杂芳基可在任意杂原子或碳原子上可与明确的化学结构连接而形成稳定的结构。通常，杂芳基环不包含O-O、S-S或S-O键。然而，杂芳基上的一个或多个N或S原子可以被氧化(例如，吡啶N-氧化物、噻吩S-氧化物、噻吩S,S-二氧化物)。杂芳基的实例包括，例如以下所示的5-或6-元单环和5-6双环体系：
其中T为O、S、NH、N-烷基、N-芳基、N-(芳基烷基)(例如，N-苄基)、SiH2、SiH(烷基)、Si(烷基)2、SiH(芳基烷基)、Si(芳基烷基)2或Si(烷基)(芳基烷基)。此类杂芳基环的实例包括吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、嘧啶基、哒嗪基、吡嗪基、***基、四唑基、吡唑基、咪唑基、异噻唑基、噻唑基、噻二唑基、异噁唑基、噁唑基、噁二唑基、吲哚基、异吲哚基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、2-甲基喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、喹唑啉基、苯并***基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并异噻唑基、苯并异噁唑基、苯并噁二唑基、苯并噁唑基、噌啉基、1H-吲唑基、2H-吲唑基、吲嗪基、异苯并呋喃基、萘啶基、酞嗪基、蝶啶基、嘌呤基、噁唑并吡啶基、噻唑并吡啶基、咪唑并吡啶基、呋喃并吡啶基、噻吩并吡啶基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡啶并哒嗪基、噻吩并噻唑基、噻吩并噁唑基、噻吩并咪唑基等。杂芳基进一步的实例包括4,5,6,7-四氢吲哚基、四氢喹啉基、苯并噻吩并吡啶基、苯并呋喃并吡啶基等。在一些实施例中，杂芳基可如本文所述被取代。
本文所用的“供体”材料是指一种有机材料，例如，具有空穴作为多数电流或电荷载体的有机纳米粒子材料。
本文所用的“受体”材料是指一种有机材料，例如，具有电子作为多数电流或电荷载体的有机纳米粒子材料。
本文所用的“治疗剂”是指一种有机材料，例如，具有诊断和治疗功能的的有机纳米粒子材料。
除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与当前描述的主题所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在提供一系列值的情况下，例如浓度范围、百分比范围或比例范围，应当理解，除非上下文明确指出，否则在该范围上限和下限的每个中间值，至下限单位的十分之一，以及在规定范围的任意其他所述或中间值都包括在描述的主题内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小的范围内，并且这些实施例也包括在描述的主题内，受所述范围内的任意特别排除的限制。在所述范围包括一种或两种限制的情况下，所描述的主题也包括除那些包括的限制中的任一或两者的范围。
在整个申请中，各种实施例的描述使用“包含”语言。然而，本领域技术人员应当理解，在一些特定情况下，可使用“基本上由……组成”或“由……组成”的语言替代性地描述实施例。
为了更好地理解本教导并且绝不限制本教导的范围，除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的所有表示数量、百分比或比例以及其他数值在所有情况下都应理解为被术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据试图获得的所需特性而变化。至少，每个数值参数应至少根据报告的有效数字的数量以及通过应用普通的舍入技术来解释。另外，当在数量值前使用术语“约”时，除非另有特别说明，否则本教导也包括该具体数值本身。除非另有指示或推断，否则本文所用的术语“约”是指与标称值相差±10％。
荧光化合物和组合物
本主题考虑具有聚集诱导发光(AIE)特性和表现出近红外吸收的荧光化合物，该化合物可具有富含转子的骨架和固有的电荷。该化合物可以是纳米粒子形式。
还提供了包含荧光化合物和碗烯改性的聚乙二醇封装的荧光化合物的组合物。该组合物可以是纳米粒子形式。可在超声条件下使用纳米沉淀法使荧光化合物包封在碗烯改性的聚乙二醇中。包括荧光化合物的纳米颗粒形式和碗烯改性的聚乙二醇的组合物在本文中也被称为“治疗剂”或“Cor-AIE dots”。
将荧光化合物包封在碗烯封装基质中可增强粒子内微环境从而在体内提供增强的荧光和ROS产生能力。该碗烯基质可提供粒子内刚性并限制被封装化合物的分子内转动，导致非辐射衰减受到高度抑制。吸收的能量可以流向荧光途径和系间窜越(ISC)过程。从S1态到最低激发三重态(T1)的系间窜越(ISC)是由于小的S1-T1能隙引起，并通过从T1态到周围氧气(O2)的能量转移(ET)导致ROS生成。
因此，本发明的化合物和组合物在诊断及光诊疗的应用中是有益的，尤其是关于NIR成像引导的癌症手术和光动力癌症治疗方面。
在一个实施例中，化合物具有选自下组的骨架结构式：
其中R1、R1’、R1”和R1”’各自独立地选自以下基团组成的组：
其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自以下基团组成的组：H、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、CnH2n+1、C10H7、C12H9、烷氧基、OC6H5、OC10H7和OC12H9、CnH2nCOOH、CnH2nNCS、CnH2nN3、CnH2nNH2、CnH2nSH、CnH2nCl、CnH2nBr、CnH2nI、N(CnHm)2和SCnHm；
其中n和m各自独立地是0-10的整数；
其中A是一价抗衡离子；且
其中一价抗衡离子总是存在于化合物中。
在进一步的实施例中，该化合物是：
在另一个实施例中，本发明主题涉及一种荧光纳米颗粒组合物，其包括具有聚集诱导发光性质的荧光化合物和碗烯改性的聚乙二醇，碗烯改性的聚乙二醇封装了该荧光化合物，该荧光化合物具有选自下组的骨架结构式：
其中，R1、R1’、R1”和R1”’各自独立地选自以下基团组成的组：
其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自以下基团组成的组：H、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、CnH2n+1、C10H7、C12H9、烷氧基、OC6H5、OC10H7和OC12H9、CnH2nCOOH、CnH2nNCS、CnH2nN3、CnH2nNH2、CnH2nSH、CnH2nCl、CnH2nBr、CnH2nI、N(CnHm)2和SCnHm；
其中n和m各自独立地是0-10的整数；
其中A是选自I-、Cl-、Br-、PF6 -、ClO4 -、BF4 -、BPh4 -和CH3PhSO3 -的一价抗衡离子；且
其中一价抗衡离子总是存在于化合物中。
在进一步的实施例中，组合物的荧光化合物可以是：
制备带固有电荷的TPP-TPA化合物的示例性反应方案如下：
为了将化合物的发射光谱扩展到NIR范围，两个给电子二苯胺基团和一个吸电子1-甲基吡啶单元掺入到三苯乙烯中。强的电子供体-受体相互作用赋予了TPP-TPA大的偶极矩。大量可转动的芳基环使得TPP-TPA的骨架具有灵活性。根据已知方法化合物1获得了高达95％的产率，并随后与(4-甲氧基-苯基)-4-吡啶基-甲酮进行McMurry偶联反应，以70％的产率得到化合物2。化合物2与碘甲烷反应，然后与六氟磷酸钾进行离子交换反应以高达99％的产率得到所需产物TPP-TPA。该反应的所有中间体和产物均通过NMR和质谱表征，从中获得了对应于其结构的令人满意的数据(图2-8)。
癌症诊断和/或癌症治疗
本文所述的治疗剂在癌症诊断及光诊疗的应用中是有益的，尤其是在NIR成像引导的癌症手术和光动力癌症治疗方面。经证实，使用NIR荧光进行成像引导的癌症手术在临床癌症手术中是可行的，并有望在癌症手术中取得成功。本文所描述的治疗剂可被用作满足成像引导的癌症手术必要需求的有效的NIR荧光探针。
如本文所述，包含TPP-TPA和脂质-PEG(DSPE-PEG：1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000])的组合物和包含碗烯改性的PEG(Cor-PEG)的组合物分别提供了两种具有不同粒子内刚性微环境的AIE点。碗烯是来自于C60的一部分多环芳烃，并由于不均匀的电子分布，负电性的核以及正电性的***而在有机光电领域广为人知。由于11.5kcal/mol的较大能垒，心环烯具有大曲率的碗状，其可在室温下抑制碗对碗的倒置。因此，碗烯具有2.1D的大偶极矩，超疏水性和高刚性。碗烯通常的化学式为C20H10。该分子由与5个苯环稠合的环戊烷环组成，因此它的另一个名称是[5]圈烯。碗烯具有以下典型结构：
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与NIR荧光相对较低和ROS产生能力较弱的装载TPP-TPA的DSPE-PEG纳米点(DSPE-AIE点)相比，装载TPP-TPA的Cor-PEG纳米点(Cor-AIE点)具有4.0倍放大的荧光量子产率和5.4倍增强的ROS生成。1H NMR滴定和理论计算基本证明心环烯提供了粒子内刚性以及与TPP-TPA强的相互作用，这限制了被封装的AIEgens的分子内转动，导致非辐射衰减受到高度抑制。这样吸收的能量就流向荧光途径和ISC过程。如本文所述，这一高度放大的NIR发射和ROS产生能力在利用带腹膜癌小鼠模型的NIR成像引导的癌症手术和光动力癌症治疗中表现出显著的光治疗效果。由于迄今为止，DSPE-PEG已成为构建AIE点最广泛使用的封装基质，因此本文所述的比较研究不仅为制备优质的AIE点提供了一种新的策略和分子指导，而且为生物医学应用的先进荧光NPs的设计带来了新的见解。
根据一个实施例，本主题涉及一种杀死癌细胞的方法，其包括将治疗剂与靶标癌细胞相接触，当治疗剂与靶标癌细胞接触时对靶标癌细胞进行成像，并在近红外光辐照下杀死靶标癌细胞。这种成像方法可选自于荧光显微镜、生物发光成像以及共聚焦激光扫描显微镜。治疗剂可在与靶标癌细胞接触前与缓冲溶液混合。
根据一个实施例，本主题涉及一种在患者体内定位肿瘤部位的方法，其包括向患者施用治疗剂，使肿瘤部位与治疗剂接触，以及在治疗剂与肿瘤部位接触后使用成像方法定位肿瘤部位。该治疗剂可通过静脉注射给药。在向患者施用治疗剂前可将该治疗剂与缓冲溶液混合。成像方法可包括荧光显微镜、生物发光成像以及共聚焦激光扫描显微镜中的至少一种。在使用生物发光成像前可向患者施用荧光素。一旦确定了肿瘤部位，即可用近红外光照射该肿瘤部位，当该肿瘤部位与本发明化合物结合，就可停止或抑制该肿瘤的生长。在一个实施例中，对肿瘤进行成像和治疗前六小时可向患者施用本化合物。
根据一个实施例，本主题涉及一种停止或抑制患者体内肿瘤生长的方法，其可包括向患者施用治疗剂；使肿瘤部位与治疗剂接触；在肿瘤部位与治疗剂接触后使用成像方法定位肿瘤部位；以及当治疗剂存在于肿瘤部位时用近红外光照射肿瘤部位以停止或抑制肿瘤的生长。当治疗剂存在于肿瘤部位时用近红外光照射肿瘤部位会产生活性氧物种来停止或抑制肿瘤的生长。该治疗剂可通过静脉注射给药。在向患者施用治疗剂前可将该治疗剂与缓冲溶液混合。成像方法可包括荧光显微镜、生物发光成像以及共聚焦激光扫描显微镜中的至少一种。在使用生物发光成像前可向患者施用荧光素。
通过以下实施例说明本申请。
实施例
材料和仪器
THF(Labscan)在使用前通过氮气下二苯甲酮酮基钠的简单蒸馏来纯化。锌粉、氯化钛(IV)、4,4'-二氟苯甲酮、二苯胺、叔丁醇钾(t-BuOK)、4-甲氧基苯基-4-吡啶基酮、碘甲烷(CH3I)、六氟磷酸钾(KPF6)，H2DCF-DA，二甲亚砜(DMSO)和其他试剂均购自Aldrich，并按原样使用。Milli-Q水由Milli-Q Plus***(美国密理博公司)提供。最低必需培养基(MEM)，Dulbecco改良的Eagle培养基(DMEM)，胎牛血清(FBS)，青霉素和链霉素以及磷酸盐缓冲液(PBS)购自Invitrogen。使用CD2Cl2作为氘代试剂，在Bruker ARX400NMR光谱仪上测定1H和13C NMR光谱。在以MALDI-TOF模式运行的Finnegan MAT TSQ 7000质谱仪***上记录高分辨率质谱(HRMS)。在Milton Ray Spectronic 3000阵列分光光度计上获得紫外吸收光谱。在Perkin Elmer LS 55光谱仪上记录稳态荧光光谱。在Olympus BX 41荧光显微镜上收集荧光图像。在Zeiss激光扫描共聚焦显微镜(LSM7 DUO)上收集激光共聚焦扫描显微镜图像，并使用ZEN 2009软件(Carl Zeiss)进行分析。使用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010F，JEOL，日本)观察纳米颗粒形态。在室温下，使用粒径分析仪(90Plus，美国布鲁克海文仪器公司)在90°固定角下用动态光散射(DLS)研究纳米粒子的粒径分布。
对于细胞培养，将荧光素酶表达的4T1乳腺癌细胞和人HeLa癌细胞置于37℃下5％CO2的湿度培养箱中含有10％FBS和抗生素(100单位/mL青霉素和100g/mL链霉素)的DMEM上培养。MDCK-II,U87细胞置于37℃下5％CO2的湿度培养箱中的含有10％FBS和抗生素(100单位/mL青霉素和100g/mL链霉素)的DMEM上培养。
对于细胞成像，将盖玻片或等离子体处理的25mm圆形盖玻片安装在具有观察窗的35mm培养皿的底部，细胞在该35mm培养皿中培养过夜。将活细胞与Cor-AIE点以一定浓度孵育一定时间。将染料标记的细胞固定并在Zeiss激光扫描共聚焦显微镜(LSM7 DUO)下成像。条件如下：对于Cor-AIE点，激发激光：560nm，发射收集：570-720nm，对于Hoechst 33342，激发激光：405nm，发射收集：430-470nm。
对于组织学研究，将切除的小鼠肿瘤固定在4％***中，加工成石蜡块，切成5μm厚度，并用苏木精和曙红(H&E)染色。用数字显微镜(Leica QWin)检查切片。
定量数据表示为平均值±标准偏差。通过ANOVA分析和Student's t检验进行统计比较。P值<0.05被认为具有统计学意义。
实施例1
化合物2的合成
化合物2：在-78℃下，将TiCl4(1mL,9.0mmol)缓慢加入到Zn粉(1.17g,18.0mmol)在无水THF(50mL)的悬浮液中。回流2h后，将化合物1(2.325g,4.5mmol)和4-甲氧基苯基-4-吡啶基酮(0.640g,3mmol)在无水THF(20mL)的混合物加入到反应中。混合物继续回流5h。通过减压移除溶剂后，残留物用DCM萃取并用无水Na2SO4干燥。粗产物用DCM作洗脱剂的硅胶柱色谱纯化。化合物2为黄色固体，产率70％。1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.33(d,2H,J＝0.011),7.27-7.22(m,8H),7.05-7.03(m,9H),7.02-7.01(m,2H),7.00-6.99(m,1H),6.97(d,2H,J＝0.013),6.95(d,2H,J＝0.011),6.93(d,2H,J＝0.004),6.92(d,2H,J＝0.007),6.82(d,2H,0.004),6.79(d,2H,0.005),6.71(d,2H,J＝0.021),3.77(s,3H)；13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):158.50,152.44,148.92,147.55,147.50,146.80,146.49,142.31,137.21,136.89,136.76,135.15,132.52,132.14,132.07,129.22,129.17,126.13,124.45,124.35,122.99,122.91,122.51,113.19,55.12；对于C50H39NO3，HRMS(m/z):[M]+的计算值为697.3093；实测值为697.3121。
实施例2
TPP-TPA的合成
将化合物2(0.174g,0.25mmol)溶解在20mL甲苯中，后加入0.1mL的CH3I(过量)以形成混合物。反应混合物回流过夜。在冷却至室温后，将沉淀物过滤并用冷的甲苯洗涤三次。得到的固体溶于20mL丙酮中并加入100mg的KPF6进行离子交换2h。除去溶剂，固体用水洗涤。通过在DCM/正己烷混合物(体积比1：5)中重结晶得到纯的黄色产物TPP-TPA，产率99％。1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ):8.11(d,2H,J＝0.016),7.45(d,2H,J＝0.016),7.33-7.30(m,4H),7.28-7.24(m,4H),7.13-7.08(m,7H),7.07-7.04(m,5H),6.98-6.93(m,4H),6.90-6.85(m,4H),6.80-6.75(m,4H),4.20(s,3H),3.79(s,3H)；13C NMR(100MHz,CD2Cl2,δ):162.95,159.34,151.19,148.96,148.05,147.03,146.84,142.76,134.81,133.82,133.40,132.92,132.75,132.60,129.64,129.51,129.33,125.53,125.10,124.10,123.69,121.12,120.89,114.17,55.26,47.43；对于C29H28NO3 +，HRMS(m/z):[M-PF6]+的计算值为712.3322；实测值为712.3315。
实施例3
Cor-AIE点和DSPE-AIE点的制备和表征
将Cor-PEG或DSPE-PEG(1mg)粉末和TPP-TPA(0.2mg)完全溶于THF(1mL)中。之后，将该THF溶液在连续超声下(125W)缓慢加入到9mL Milli-Q水中(18.2MU)。混合溶液进一步在超声中持续1分钟，然后室温下在N2中，搅拌的同时通过蒸发除去THF。
最后，得到澄清溶液以备用。
实施例4
光物理性质
TPP-TPA的UV-vis吸收和光致发光(PL)光谱如图8和1A所示。TPP-TPA在DMSO中在440nm的吸收尾部延伸到600nm，覆盖了大部分可见光范围。这种溶液即使当DMSO-H2O混合物中水含量(fw)达到50％也几乎不发光，这可归因于芳环的分子内转动(图1C)。当fw超过50％，TPP-TPA的发射会显著增强。图1B显示了680nm处的发射强度与fw的关系图，插图为在99％聚集的溶液中的红色发射与在DMSO中可忽略的发射的荧光照片的对比。如图1B所示，TPP-TPA表现出典型的AIE性质。值得注意的是，发射强度在fw超过80％后略有下降，这主要归因于在极性溶剂水中严重的扭曲的分子内电荷转移(TICT)效应。可通过从80％到90％时10nm的红移发射进一步支持这种效应(图9)，并且也可以通过基态和激发态HOMO和LUMO的典型电子分布来表明这种效应(图1C和图10A-10B)。此外，TPP-TPA的斯托克斯位移约为220nm，远大于大部分商用NIR荧光团少于50nm的小的斯托克斯位移，从而避免了生物医学成像中激发光的光污染和发射的自吸收。
实施例5
DSPE-AIE点和Cor-AIE点的制备，光物理性质及ROS生成
如图11所示，负载TPP-TPA的NPs通过一种纳米沉淀法来制备。TPP-TPA分别使用具有碗状的碗烯改性的聚乙二醇(“Cor-PEG”)和具有直链烷基链的1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000](“DSPE-PEG”)作为封装基质来制备，得到了Cor-AIE点和DSPE-AIE点，二者在水性介质中的吸收与TPP-TPA本身相似(图12)。利用动态光散射(DLS)来记录Cor-AIE点和DSPE-AIE点的尺寸，分别为46.9nm和49.1nm(图13A和13B)。进一步使用TEM来证实这些纳米颗粒呈球形(图13C和13D)。如图14A和14B所示，Cor-AIE点表现出更强的发射，量子产率为26.8％，这比DSPE-AIE点的6.7％大四倍之多。而且，测得Cor-AIE点的平均荧光寿命为4.34ns，约为DSPE-AIE点的四倍。由于碗烯的整个吸收光谱位于UV波段而且它的发射并不能达到500nm的激发，因而可以完全排除从碗烯到TPP-TPA的荧光共振能量转移(FRET)的可能性。因此，这种增强的发射和延长的荧光寿命很可能源于TPP-TPA增强的辐射途径。
此外，使用市售的ROS指示剂9,10-蒽基-双(亚甲基)二丙二酸(ABDA)来评估Cor-AIE点和DSPE-AIE点的ROS生成能力。值得注意的是，白光照射下，存在Cor-AIE点时(图14C上)ABDA在水中的吸光度急剧下降，而对于DSPE-AIE点(图14C下)则观察到ABDA的吸光度略有下降，这表明在相同实验条件下，Cor-AIE点比DSPE-AIE点具有产生更多ROS的能力来更快地分解ABDA。图14D中绘制的ABDA的分解速率定量地显示了Cor-AIE点的ROS产生能力约为DSPE-AIE点的5.4倍，表明Cor-AIE点的ROS产生效率要高得多。
实施例6
1H核磁滴定和理论计算
研究了实施例6中显著增强的荧光和ROS生成的基本原理。首先进行1H NMR滴定实验来研究碗烯和TPP-TPA间的相互作用(图15A)。在逐步将碗烯加入到TPP-TPA的CD2Cl2溶液中后，TPP-TPA的1-甲基吡啶中的芳香族质子的信号逐渐向高场移动了0.08ppm(图15B中的Ha)和0.05ppm(图15B中的Hb)，而碗烯中的那些质子向更高场移动了约0.03ppm(He)(图15C)。同时，TPP-TPA的1-甲基吡啶(Hc)和甲氧基苯基(Hd)部分的甲基质子也分别向高场移动了约0.07ppm和0.02ppm(图15E)。这些化学位移显然暗示了碗烯和TPP-TPA间独特的相互作用及可能的相对位置，TPP-TPA带正电荷的1-甲基吡啶靠近于负电性的碗烯底部，并且TPP-TPA的TPA和甲氧基苯基单元在碗烯的碗外。如图16A为碗烯和TPP-TPA一些可能的理论位置，这可导致碗烯对TPP-TPA的1-甲基吡啶鎓盐的屏蔽效应。使用基于TD-DFT/M06-2X/6-31G(d)方法的密度泛函理论(DFT)计算来研究ISC过程(图16B)。在不存在和存在碗烯的情况下计算了M06-2X/6-31G(d)水平上TPP-TPA的S0、S1和T1态相关的优化分子几何构型。TPP-TPA与碗烯相互作用的S1和T1态间的带隙(ΔEST)比TPP-TPA单独使用时显著降低，并且S1和T1态间各自的SOC常数(ξ(S1,T1))也会增加，这表明碗烯存在时ISC过程更容易进行。
与柔性烷基链的DSPE相比，碗状的碗烯具有超疏水性的骨架和超刚性的曲率，并因此可在水溶液中构建更封闭的微环境。碗烯具有大的偶极矩并且其碗底部是负电性的而***是正电性的，通过偶极-偶极和静电相互作用吸引带固有正电荷的TPP-TPA。与DSPE-AIE点粒子内微环境相比，Cor-AIE点内更封闭和刚性的微腔(归因于碗烯结构独特性和其与TPP-TPA间强的相互作用)对TPP-TPA上苯环的分子内转动的限制程度比DSPE-AIE点大得多，因此更有效地抑制了非辐射弛豫(图14E-14F)。由于TPP-TPA吸收的能量是固定的，Cor-AIE点高度抑制的非辐射衰减合理地使其吸收的能量流向了荧光途径和ISC过程，实现了显著放大的发射和ROS生成。这得到了理论公式ΦF＝kr/(kr+knr+kISC)和ΦISC＝kISC/(kr+knr+kISC)的支持，其中非辐射速率knr的急剧降低无疑会导致荧光发射效率ΦF和ISC效率ΦISC大幅度增加。此外，由于TPP-TPA骨架具有强的电子供体-受体结构，水性介质中电荷转移导致荧光猝灭的快速过程会与ROS生成相竞争。Cor-AIE点也可提供更孤立的超疏水环境以减少极性溶剂对TPP-TPA的破坏(例如TICT)，从而进一步提高荧光效率和ROS生成。事实上，与DSPE-AIE点相比，发射光谱中约10nm的轻微蓝移反映了Cor-AIE点TICT效应的降低(图14A)。
实施例7
癌症光治疗
由于Cor-AIE点出色的NIR发射输出和ROS生成，研究了其在癌症光诊疗中的效用和强度。如下文所述，在证实Cor-AIE点能够内化在癌细胞中并在细胞内有效地产生ROS之后(图17A-17I)，使用了通过在腹腔内接种鼠4T1癌细胞建立的腹膜内荷瘤小鼠模型进行体内研究。所有的动物研究均按照天津市实验动物使用和护理委员会制定的指导原则进行，整个项目方案均经南开大学动物伦理委员会批准。所有小鼠均获自军事医学科学院实验动物中心(中国北京)。
为了建立腹膜荷瘤小鼠模型，将0.1mL的PBS缓冲液中总计300,000荧光素酶表达的4T1癌细胞由腹膜内注射到Balb/c鼠中。约5天后，形成了小的肿瘤结节并散布在小鼠腹膜腔内，这可通过注射D-荧光素溶液(150mg/kg)后由生物发光成像检测。值得注意的是体内接种的4T1癌细胞会表达荧光素酶。这样，当给荷瘤小鼠施用荧光素酶(D-荧光素)底物时，活的癌细胞会发出生物发光，从而精确追踪小鼠腹膜腔内的肿瘤结节。
NIR荧光成像引导的手术
进行了一项确定Cor-AIE点高度增强的NIR荧光是否可以用于成像引导的癌症手术的实验。在该实验中，选择了腹膜癌小鼠模型是因为小鼠腹膜腔中存在大量肿瘤结节，尤其是那些直径<1mm的结节。在实践中，外科医生通常很难发现亚毫米级的肿瘤结节并且经常遗漏。这些遗漏的小肿瘤是原位癌复发的主要原因。先前的NIR荧光探针通常不具备精确定位亚毫米肿瘤的能力，主要是由于这些探针的NIR发射输出低。
将150μL的Cor-AIE点(基于TPP-TPA的1mg mL-1)静脉注射到腹膜癌小鼠中。注射后24h，将小鼠麻醉。打开小鼠的腹腔，随后在手术期间进行生物发光和荧光成像。在小鼠腹膜内注射D-荧光素(150mg/kg)后，使用XenogenLumina II***进行生物发光成像。生物发光信号以最大光子每秒每平方厘米每球面度的单位量化。使用Maestro EX体内荧光成像***(CRi，Inc.；激发：455nm，从500nm至900nm的光谱成像)进行荧光成像。
在手术期间的体内NIR荧光成像表明明亮的Cor-AIE点荧光以相当高的信背比清晰地照亮了许多组织以及他们的边界(图18A)。由于荧光素酶表达的4T1肿瘤具有生物荧光，在注射D-荧光素后进行生物荧光成像时，腹膜内分散的肿瘤结节被完全特异性地显示出来。如图18A所示，荧光素酶的生物发光信号和Cor-AIE点的NIR荧光信号均完美地共定位在肠道表面，表明Cor-AIE点可视的组织的确是肿瘤，这进一步由苏木精和曙红(H&E)组织学染色所证实。值得注意的是，对于体内荧光成像，Cor-AIE点对肿瘤和正常肠道的荧光强度比高达5.2，超出了Rose标准。如图18B所示，腹膜上的肿瘤结节也呈粗糙状，具有甚至更大的约为8.0的肿瘤-腹膜比例。这些结果定量地表明Cor-AIE点具有显著的EPR效应，可通过被动靶向获得较高的肿瘤摄取率，从而以一种特定和高对比度的方式可视化腹膜内肿瘤结节及其边界。Cor-AIE点实现的肿瘤和正常组织的荧光强度比例显著地高于许多报道的包括亚甲基蓝和吲哚菁绿在内的NIR荧光探针。更重要的是，还发现Cor-AIE点能够清晰地描绘出腹膜腔内尺寸<1mm的肿瘤结节(图18中红色箭头所示)，表明Cor-AIE点由于其高强度的NIR发射能够有效的对亚毫米级肿瘤进行清晰地观察。
由于Cor-AIE点可作为极有效的NIR荧光探针来精确地可视化肿瘤及其与正常组织的边界，因而研究了其在引导手术肿瘤切除中的应用。为此，邀请了天津市第一中心医院(中国天津)的一名外科医生进行手术。经尾静脉将150μL Cor-AIE点(基于TPP-TPA为1mgmL-1)注入腹膜癌小鼠中。24小时后，首先由天津市第一中心医院(中国天津)的外科医生在没有成像引导的情况下(未引导)进行肿瘤切除手术。随后在Cor-AIE点荧光的引导下对同一只小鼠进行第二次手术。通过荧光成像和生物发光成像分析切除的肿瘤结节。还量化了从第一次和第二次手术切除的肿瘤大小。
如图19A和19B所示，当外科医生看不到Cor-AIE点的NIR荧光成像时，他切除了许多直径相对较大的(>1mm)腹膜内肿瘤。然而，在未引导的手术后，由Cor-AIE点显示腹膜腔内有许多残留的肿瘤结节，其中主要为直径<1mm的肿瘤结节(图19B)。然后外科医生在Cor-AIE点荧光引导下进行了第二次手术，该手术几乎可以完全清除剩余的小肿瘤(图19C-E)，这由可忽略的腹膜内生物发光信号所证实。值得注意的是在第二次手术中得到的肿瘤结节(主要为亚毫米级的肿瘤结节)均具有生物发光信号(图19D)，证实了由Cor-AIE点辅助的精准的癌症手术。分别在未引导和Cor-AIE点荧光成像引导的手术后，以每组10只小鼠来监测小鼠的存活。由于腹膜内4T1肿瘤的恶性程度高及快速生长，未引导的手术组中的10只小鼠均在2周内全部死亡。令人鼓舞地是，在Cor-AIE点荧光成像引导手术的队列中，10只小鼠中的7只均能在2周的监测时间内存活下来(图20)。这些结果表明Cor-AIE点可通过精确点亮亚毫米级肿瘤结节，极大地提高癌症手术的效果，并显著地延长术后荷瘤小鼠的寿命。
Cor-AIE点在肿瘤光动力治疗的应用
在许多情况下，外科医生打开患者腹部后实际上并不能进行肿瘤切除手术，因为存在许多难以手动切除的小肿瘤。结果，外科医生被迫关闭腹壁并选择除手术外的治疗策略。
由于除高的NIR发射外，强的ROS生成能力是Cor-AIE点的另一特性，这归因于心环烯的重要贡献，因此在上述开腹切除手术不可行的情况下，我们研究了Cor-AIE点在光动力肿瘤治疗中的可行性。为此，将腹膜荷瘤小鼠随机分成5组(每组n＝8)，分别指定为“盐水”、“光(L)”、“DSPE-AIE点+L”、“Cor-AIE点+L”和“Cor-AIE点”。在第0天，首先对5组中的所有小鼠进行生物发光成像。然后，将Cor-AIE点(基于TPP-TPA为1mg mL-1；150μL)经静脉注射到“Cor-AIE点”和“Cor-AIE点+L”组的小鼠中。注射后24h(第1天)，打开这2组中每只小鼠的腹部。对于“Cor-AIE点+L”组的每只小鼠，使用白光(0.4W cm-2)照射其整个腹腔10min，再使用外科手术缝合线缝合腹部。另一方面，对于“Cor-AIE点”组的小鼠，随后在没有白光照射的情况下关闭其腹部。对于“DSPE-AIE点+L”组，将DSPE-AIE点(基于TPP-TPA为1mg mL-1；150μL)在第0天经尾静脉注射到小鼠体内，随后进行与“Cor-AIE点+L”组小鼠在第1天时相同的处理。对于“盐水”组，在第0天将盐水静脉注射到小鼠体内，随后进行与“Cor-AIE点”组小鼠在第1天时相同的处理。最后，对于“光”组，在第0天对小鼠不做处理，但在第1天，对小鼠进行与“Cor-AIE点+L”组小鼠相同步骤的处理。在9天的研究过程中，通过在小鼠腹膜内注射D-荧光素(150mg/kg)后以XenogenLumina II***的生物发光成像监测肿瘤尺寸及生长情况。在整个研究中也检测了存活率。
图21A和图22显示了各组荷瘤小鼠的时间依赖的生物发光成像。显然在第0天不同处理之前，小鼠腹部存在具有强烈生物发光信号的肿瘤。明显地，在受到“Cor-AIE点+L”的处理后，小鼠腹膜内肿瘤的生长被显著抑制，这可由第0天和第9天腹膜内肿瘤的平均生物发光强度相似所证实(图21B)。作为对照，与“盐水”中相比，“Cor-AIE点”和“光”的处理均未减慢腹膜内肿瘤的生长(图22和图21B)，表明“Cor-AIE点+L”组中高效的抗癌活性源于Cor-AIE点在肿瘤中产生ROS的PDT。需要注意的是DSPE-AIE点的PDT对肿瘤生长没有任何抑制作用(图21A和21B)。这一结果不仅表明腹膜内肿瘤的恶性程度高，而且表明DSPE-AIE点的ROS生成能力并不足以在该荷瘤动物模型中起作用。“Cor-AIE点+L”的处理大大延长了小鼠的寿命而且“Cor-AIE点+L”组的中位存活时间远比“DSPE-AIE点+L”组的长(图21C)。Cor-AIE点和DSPE-AIE点PDT抗肿瘤效果的明显对比合理地突出了Cor-AIE点的必要性和重要性。
本发明主题如上述，显然可通过许多方式对其修改或改变。这样的修改和改变不应被视作偏离本发明主题的精神及范围，并且所有这样的修改及改变均包括在所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种治疗剂，其包括纳米粒子形式的荧光化合物和纳米粒子形式的碗烯改性的聚乙二醇，所述碗烯改性的聚乙二醇封装所述荧光化合物，所述荧光化合物具有选自下组的骨架结构式：
其中R1、R1’、R1”和R1”’各自独立地选自以下基团组成的组：
其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自以下基团组成的组：H、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、具有6至24个碳原子的芳基、具有5至24个环原子并包含1-5个环杂原子的杂芳基、OC6H5、OC10H7和OC12H9、CnH2nCOOH、CnH2nNCS、CnH2nN3、CnH2nNH2、CnH2nSH、CnH2nCl、CnH2nBr、CnH2nI、N(CnHm)2和SCnHm；
其中n和m各自独立地是0-10的整数；
其中A是一价抗衡离子；且
其中一价抗衡离子总是存在于所述化合物中。
2.根据权利要求1所述的治疗剂，其中所述荧光化合物为：
3.根据权利要求1所述的治疗剂，其中所述一价抗衡离子选自I-、Cl-、Br-、PF6 -、ClO4 -、BF4 -、BPh4 -和CH3PhSO3 -组成的组。
4.一种制备权利要求1-3中任一项所述的治疗剂的方法，其包括在超声条件下使用纳米沉淀法将所述荧光化合物与所述碗烯改性的聚乙二醇结合。
5.如权利要求1-3中任一项所述的治疗剂在制备用于杀死癌细胞的制剂中的应用。
6.如权利要求1-3中任一项所述的治疗剂在制备用于在患者体内定位肿瘤部位的制剂中的应用。
7.如权利要求1-3中任一项所述的治疗剂在制备用于停止或抑制患者肿瘤生长的制剂中的应用。
8.一种荧光纳米粒子组合物，其包括具有聚集诱导发光特性的荧光化合物与碗烯改性的聚乙二醇，所述碗烯改性的聚乙二醇封装所述荧光化合物，所述荧光化合物具有选自下组的骨架结构式：
其中，R1、R1’、R1”和R1”’各自独立地选自以下基团组成的组：
其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自以下基团组成的组：H、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、具有6至24个碳原子的芳基、具有5至24个环原子并包含1-5个环杂原子的杂芳基、OC6H5、OC10H7和OC12H9、CnH2nCOOH、CnH2nNCS、CnH2nN3、CnH2nNH2、CnH2nSH、CnH2nCl、CnH2nBr、CnH2nI、N(CnHm)2和SCnHm；
其中n和m各自独立地是0-10的整数；
其中A是选自I-、Cl-、Br-、PF6 -、ClO4 -、BF4 -、BPh4 -和CH3PhSO3 -的一价抗衡离子；且
其中一价抗衡离子总是存在于化合物中。
9.根据权利要求8所述的荧光纳米粒子组合物，其中所述化合物为：
。
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