近發(fā)表在《生物材料》雜志上的一篇文章總結(jié)了聚集誘導(dǎo)發(fā)射 (AIE) 活性材料，這些材料是有前途的光療和生物成像劑。本文討論了 AIE 活性納米復(fù)合材料的重要性及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

光致發(fā)光成像 (PLI) 是一種通過(guò)非侵入性方法執(zhí)行的可視化技術(shù)。它廣泛用于早期疾病診斷和監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)過(guò)程的生物學(xué)應(yīng)用。將光動(dòng)力療法 (PDT) 與 PLI 相結(jié)合在光療技術(shù)方面具有優(yōu)勢(shì)。

PDT 中的 PLI

惡性腫瘤等致命疾病的早期發(fā)現(xiàn)和***治療可以提高臨床治療和隨之而來(lái)的生存率。在各種診斷技術(shù)中，PLI具有無(wú)創(chuàng)、高靈敏度、時(shí)空分辨率優(yōu)異、反應(yīng)迅速等特點(diǎn)。PLI可以為疾病的早期診斷和治療提供有關(guān)疾病生理和病理狀況的信息。將 PLI 與治療相結(jié)合有助于圖像引導(dǎo)的診斷以實(shí)現(xiàn)精確治療。

PDT是一種典型的光療技術(shù)，受到了廣泛的關(guān)注。PDT 依賴于無(wú)毒光敏劑 (PS)、光和內(nèi)源性分子氧來(lái)治療癌癥。因此，它比放療、化療和手術(shù)等傳統(tǒng)方法更具優(yōu)勢(shì)。

PDT 的光療效應(yīng)是由 PS 通過(guò)光子吸收誘導(dǎo)的。激發(fā)的 PS 經(jīng)歷輻射衰減并弛豫到基態(tài) (S o )，在此過(guò)程中發(fā)出的熒光用于 PLI 引導(dǎo)的治療。激發(fā)的 PS 經(jīng)歷輻射衰減的另一種方式是通過(guò)系間穿越 (ISC) 初步去激發(fā)到三重態(tài) (T 1 )，然后通過(guò)磷光發(fā)射到 S o態(tài)。

PLI 引導(dǎo)的 PDT 需要合適的高級(jí)發(fā)光體。為此，AIE 活性發(fā)光體 (AIEgens) 在近成為有前途的發(fā)光體。AIEgens 包含螺旋槳狀結(jié)構(gòu)，在溶液狀態(tài)下無(wú)熒光或弱熒光。然而，聚合形式的 AIEgens 可以表現(xiàn)出明亮的熒光發(fā)射，發(fā)射波長(zhǎng)從紫外 (UV) 延伸到近紅外 (NIR)。此外，一些固態(tài)AIEgens的發(fā)光量子產(chǎn)率（QY）高達(dá)。

盡管聚合的 AIEgens 對(duì)于 PDT 應(yīng)用具有良好的光學(xué)特性，但它們的生物應(yīng)用是由于疏水性。因此，對(duì) AIEgens 進(jìn)行的主要修飾是通過(guò)整合親水性官能團(tuán)來(lái)增強(qiáng)其親水性。此外，還需要增加 AIEgens 的生物相容性。

基于 AIEgen 的納米復(fù)合材料

AIEgens 封裝在生物相容性大分子基質(zhì)中以形成納米復(fù)合材料，使其適用于生物成像應(yīng)用。這種封裝為 AIEgens 提供了良好的水溶性、穩(wěn)定性和生物相容性。此外，AIEgens 聚集到納米復(fù)合材料的有限空間中，可以提高光敏性和發(fā)光性。因此，AIEgens 的進(jìn)一步功能化可以幫助實(shí)現(xiàn)適用于治療和生物成像應(yīng)用的所需特性。

聚乙二醇 (PEG)、甲基丙烯酸 2-氮雜乙酯 (PAEMA) 和聚 (2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿) (PMPC) 是少數(shù)用作基質(zhì)材料的生物相容性聚合物，可用于制備基于生物相容性聚合物的 AIEgen 納米復(fù)合材料。這些生物相容性聚合物可降低免疫原性并避免消除網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)。

盡管 AIEgen 通過(guò)化學(xué)鍵合或物理包封與聚合物基質(zhì)結(jié)合形成納米復(fù)合材料，但 AIEgen 與聚合物在物理包封中的親水和疏水相互作用使其成為一種更有效的策略。此外，AIEgen-聚合物納米粒子在圖像引導(dǎo)的光動(dòng)力療法和生物成像中顯示出明亮的發(fā)射、易于表面功能化、良好的生物相容性和腫瘤靶向能力等優(yōu)點(diǎn)。AIEgen-聚合物納米粒子盡管有優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)，例如不可預(yù)測(cè)的形態(tài)和尺寸分布。

由于基于超分子大環(huán)的主客體系統(tǒng)由于其刺激響應(yīng)性、獨(dú)特的分子識(shí)別能力、自組裝能力、良好的生物相容性和強(qiáng)大的負(fù)載能力而受到廣泛關(guān)注。

因此，將超分子大環(huán)化合物引入 AIE 活性系統(tǒng)可能有利于 AIEgens 用于成像引導(dǎo)的 PDT 和生物成像應(yīng)用。包括柱[n]芳烴、環(huán)糊精、葫蘆[n]脲、杯[n]芳烴在內(nèi)的大環(huán)被用于制備AIEgen-大環(huán)納米復(fù)合材料。通常，大環(huán)將 AIEgen 封裝在它們的空腔中，然后進(jìn)行自組裝形成納米復(fù)合材料。

蛋白質(zhì)是生物材料，可用于治療、生物成像和藥物發(fā)現(xiàn)。因此，蛋白質(zhì)工程 AIEgens 在腫瘤治療和生物成像方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特性。AIEgen 和蛋白質(zhì)之間存在的非共價(jià)相互作用，例如靜電和疏水相互作用，為 AIEgen-蛋白質(zhì)納米復(fù)合材料提供了穩(wěn)定性。白蛋白和蛋白質(zhì)籠是 AIEgen-蛋白質(zhì)納米復(fù)合材料中常用的蛋白質(zhì)。AIEgen-蛋白質(zhì)納米復(fù)合材料的靶向性需要進(jìn)一步提高以適應(yīng)其 體內(nèi) 應(yīng)用。

結(jié)論

總之，AIE 活性納米復(fù)合材料克服了傳統(tǒng)聚集引起的猝滅 (ACQ) 活性顯像劑或 PS 的缺點(diǎn)，成為 PDT 和 PLI 應(yīng)用的強(qiáng)大工具。由于 AIE 活性納米復(fù)合材料的生物相容性功能成分，它們顯示出增強(qiáng)的 PDT 和 PLI 效應(yīng)排放。盡管 AIE 活性納米復(fù)合材料在 PLI 和圖像引導(dǎo) PDT 中取得了重大進(jìn)展，但仍然存在未解決的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步研究。

目前大多數(shù)納米復(fù)合材料封裝的 AIEgens 是可見(jiàn)光吸收/近紅外發(fā)射或近紅外吸收/可見(jiàn)發(fā)射，這表明該領(lǐng)域處于初級(jí)階段，實(shí)際上尚未探索其在近紅外吸收/發(fā)射的體內(nèi)應(yīng)用。此外，生物相容的功能成分對(duì)于 AIE 活性納米復(fù)合材料的活性至關(guān)重要，這表明需要額外的功能化步驟。形成 AIE 活性納米復(fù)合材料的非共價(jià)相互作用具有低鍵能，從而在到達(dá)目標(biāo)位點(diǎn)之前導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。