基于苯并[1,2-b:4,3-b′]二噻吩-4,5-二酮的供体-受体-供体小分子设计，用于高效近红外光热治疗

把光转化为定向热量

癌症治疗经常面临在不损伤健康组织的情况下杀灭肿瘤的困难。本研究探讨了一种有前景的替代方法：使用温和的近红外光加热在肿瘤内聚集的微小有机颗粒，从内部“烹饪”癌细胞，同时尽量保护其余机体。研究者设计了一类新的小有机分子，这些分子能非常有效地吸收不可见的近红外光并将其转化为热量，随后将这些分子封装为稳定的纳米颗粒，在小鼠体内以极少的副作用缩小肿瘤。

为何温和的光能深入组织

要使基于光的癌症治疗在体内起效，光必须穿透数厘米的组织而不被血液或水强烈吸收。近红外光位于我们可见红光之外，正好适合这一需求。当肿瘤中的特定颗粒吸收这种光并升温时，可以选择性地让癌细胞过热。然而，许多现有的高效材料是金属或无机成分制成，可能在体内滞留并带来安全隐患。由碳基骨架构成的有机小分子提供了更“干净”的替代，但要把它们的吸收推到足够远的近红外波段，并在它们在体内聚集成颗粒后保持高效性和稳定性，一直具有挑战性。

构建更好的制热分子

团队通过设计一系列“供体–受体–供体”分子来应对这一挑战，其中一个电子贫乏的中心单元两侧连接电子富集的臂。这样的推拉式结构使光被吸收时电子在分子内迁移，从而天然地将吸收移向更长的近红外波长。他们使用称为BDTD‑4,5‑dione的刚性核心作为受体中心，并在两端连接不同版本的著名供体片段—三苯胺。通过逐步增强这些供体臂的给电子能力，尤其是引入二甲氨基基团，他们可以精细调控分子与光的相互作用强度以及能量更倾向于以热量而非荧光形式释放的程度。

从分子到像微型加热器的纳米颗粒

在他们构建的三种分子中，一种名为BDQ‑NPA的分子脱颖而出。它的吸收更深入近红外，显示出有利于非发光弛豫的窄能隙，非常适合制热。计算结果证实该分子中的电子富集端与电子贫乏中心耦合紧密，促进电荷分离并将光能迅速转化为分子运动。将BDQ‑NPA与一种生物相容的包衣材料在水中混合时，它自发形成均一、直径约130纳米的纳米颗粒。这些颗粒在盐溶液、类血液液体和细胞培养基中至少两周保持稳定，并在重复近红外激光照射下不发生降解或团聚。

加热、成像与杀伤肿瘤

在水中，这些BDQ‑NPA纳米颗粒在近红外光照射下数分钟内升温超过50摄氏度，显示出约35%的光热转换效率，对于有机材料而言处于较高水平。同时，它们产生强烈的类超声“光声”信号，使同一颗粒既可用于成像以定位其聚集处，也可用于到位加热。在细胞实验中，淋巴瘤细胞能有效摄取这些纳米颗粒，颗粒本身在未照射时几乎无毒，但在照射下会诱导大面积细胞死亡，在适中剂量下超过一半的癌细胞发生凋亡。重要的是，相近浓度下正常肾细胞基本不受影响，显示出可用的安全窗。

在活体小鼠中对抗肿瘤

在带有淋巴瘤肿瘤的小鼠中，纳米颗粒逐渐在肿瘤处富集，通过荧光和光声成像均可观察到，约在注射后六小时达到峰值。当肿瘤随后暴露于近红外光时，局部温度迅速超过50摄氏度，足以杀死癌细胞。在为期十天的治疗期间，接受治疗的小鼠肿瘤显著缩小甚至接近消失，而动物体重保持稳定。对器官的显微分析及肝肾功能的血液检测未见显著损伤，表明总体生物相容性良好。与临床上使用的一种获批染料比较，新颗粒在光热转化效率、更耐重复照射降解以及更有效杀伤癌细胞方面表现更优。

对未来癌症护理的意义

这项工作表明，通过精细调控有机分子结构，可以得到紧凑的无金属纳米颗粒，既能标识肿瘤位置，又能在近红外光激活下精确加热。通过增强供体–受体–供体框架中供电子部分的能力，研究者将吸收推向更深的近红外并促进能量以热而非光的形式释放。由此得到的BDQ‑NPA纳米颗粒将强制热、成像能力与动物试验中的良好安全性结合起来，为下一代光激活疗法提供了蓝图，这类疗法未来有望补充甚至减少传统化疗和放疗的需求。

引用: Kang, Y., Deng, Y., Ding, H. et al. Design of benzo[1,2-b:4,3-b′]dithiophene-4,5-dione based donor-acceptor-donor small molecules for efficient near-infrared photothermal therapy. Commun Chem 9, 149 (2026). https://doi.org/10.1038/s42004-026-01955-2

关键词: 光热治疗, 近红外纳米颗粒, 有机小分子, 癌症纳米医学, 光声成像