IF：26.8《AM》港中大唐本忠：AIE阳离子四核Ir(III)复合物纳米粒用于近红外化学发光引导声动力-生物正交声催化溶栓
专栏：学术前沿
发布日期：2025-07-31
血栓治疗领域现在面临重大挑战，传统溶栓药物如组织型纤溶酶原激活剂（tPA）虽然有效，但存在严重的出血风险、半衰期短、靶向性差等问题，而机械取栓等侵入性方法又受限于手术条件和设备要求。
近年来，声动力疗法（SDT）作为一种新兴的非侵入性治疗策略备受关注，它利用超声波激活声敏剂产生活性氧（ROS）来破坏血栓结构，具有组织穿透深、时空可控性强等优势，但现有声敏剂往往面临ROS产率低、靶向性不足等瓶颈。与此同时，生物正交化学的快速开展为精准医学给予了新思路，顺利获得点击化学反应可以在病灶部位特异性激活前药，从而显著提高治疗的选择性并降低系统毒性。此外，实时成像指导对精准血栓治疗至关重要，但传统荧光成像受限于组织穿透深度和信噪比，而近红外化学发光成像（NIR-chemiluminescence imaging）因其高灵敏度和深层组织穿透能力展现出独特优势。
基于此，香港中文大学唐本忠教授团队创新性地设计了一种基于聚集诱导发光（AIE）特性的阳离子四核铱（III）配合物纳米粒Ir-4@S-R NPs，该材料不仅具有优异的声动力和声催化性能，还能顺利获得阳离子特性增强血栓靶向性，并利用AIE特性实现高效光学成像。顺利获得整合NIR化学发光成像引导技术，该研究旨在建立一个兼具高效溶栓、精准靶向和实时监测功能的诊疗一体化平台，为克服当前血栓治疗的临床困境给予创新性解决方案。该文章于2025年7月10日以《Sonodynamic and Bioorthogonal Sonocatalytic Thrombotic Therapy Based on AIE Cationic Tetranuclear Ir(III) Complex Nanoplatform Guided by NIR-Chemiluminescence Imaging》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.202503599）。
图1 血栓靶向纳米体系Ir-4@S-R NPs用于近红外化学发光成像及超声触发协同溶栓的示意图
（1）Ir-4@S-R NPs的构建与性能验证
Ir-4与Ir-1在THF中分别于662 nm及656 nm处呈强红光发射，于720 nm处呈弱近红外发射（图 2B）；Ir-4在THF中荧光弱，水含量升至70%时呈现典型AIE增强（图 2C、D）。超声（1.0 W cm–2，1 MHz, 50% duty cycle）激发下，Ir-4聚集态（fw 90%）的ROS产量为游离态（fw 0%）的约 4.7 倍。Ir-4在5 µM浓度、2 mM NaAsc存在、超声辐照30 min内即可将40 µM罗丹明双叠氮1还原95%以上，荧光显著增强，而Ir-1或缺任一条件则无反应（图 2E–G）。4 mm鸡胸组织下，635 nm激光几乎无法穿透，而超声仍能激发Ir-4反应。Ir-4@S-R NPs与Ir-1@S-R NPs粒径分别为113 nm与90 nm（DLS），TEM测得粒径为95 nm与78 nm（图 2I）。H2S-N3包封效率分别为29.1%与42.2%（图 2H）。超声30 min后，Ir-4@S-R NPs的H2S释放量为Ir-1@S-R NPs的4倍，且呈剂量依赖关系（图 2K）。
图2 Ir-1与Ir-4的光学性质及Ir-4@S-R NPs性能表征。（a）Ir-1、Ir-4在THF中的UV-vis与荧光光谱（1.0×10–5 M）；（b）Ir-4在THF/H2O不同含水量（0–90% v/v）中的发射光谱及强度变化；（c）超声（1.0 W cm–2, 1 MHz, 50% duty cycle）催化Rhodamine bisazide 1还原的荧光时程与产率（Ir-4 5 µM，1 40 µM，NaAsc 2 mM）；（d）Ir-4@R与Ir-4@S-R NPs的吸收光谱；（e）Ir-4@S-R NPs的DLS与TEM（标尺200 µm）及Ir-1/4@S-R NPs的ζ电位；（f）超声下PBS、Ir-1@S-R与Ir-4@S-R NPs（200 µg mL–1）的H₂S释放量（n=3）
（2）Ir-4@S-R NPs的活性氧生成表征
为评估Ir-4@S-R NPs在血栓治疗中的ROS生成能力，本研究以DCFH为指示剂，于水相超声辐照条件下（1.0 W cm⁻2，1 MHz，50%占空比）进行系统考察。如图3A所示，在Ir-1@S-R NPs与Ir-4@S-R NPs存在下，DCFH于525 nm处的发射峰强度随时间递增。经15 min超声处理后，Ir-4@S-R NPs组的荧光强度约为Ir-1@S-R NPs组的三倍（图3B），提示Ir-4@S-R NPs具有更优的超声驱动ROS生成性能。进一步采用DPBF与HPF鉴别ROS类型。图3C、D显示，在15 min超声辐照下，含Ir-4@S-R NPs的体系中DPBF于410 nm处的吸收峰下降幅度超过70%，而Ir-1@S-R NPs组仅下降约40%，表明Ir-4@S-R NPs具备出色的1O2生成能力。无超声条件下，两组DPBF吸收几乎无衰减，确证Ir-4@S-R NPs为高效的声敏化平台。动力学分析（图3E）表明，Ir-1@S-R NPs与Ir-4@S-R NPs的1O2生成均符合一级反应动力学，其斜率分别为0.03022与0.0866；斜率越大，1O2生成速率越高。该趋势与声敏剂中金属中心数目呈正相关，符合预期。如图3F所示，以HPF为探针，Ir-4@S-R NPs组在超声作用下于525 nm处的荧光强度随时间显著增强，表明其较对照组及Ir-1@S-R NPs组能生成更多羟基自由基（•OH）（图3G）。EPR光谱进一步验证•OH的生成。以DMPO为自旋捕获剂，定量分析I型ROS。图3H结果显示，在1.0 W cm⁻2、1 MHz、50%占空比超声辐照下，Ir-4@S-R NPs组的DMPO-•OH信号显著高于对照及Ir-1@S-R NPs组，确证其卓越的•OH生成能力。综上，Ir-4@S-R NPs优异的ROS生成性能表明，AIE特性与四核Ir(III)配合物结构是构建高效声敏剂的关键前提。为考察Ir-4@S-R NPs的成像深度与灵敏度，实验以递增厚度的鸡胸组织覆盖样品，并顺利获得外源加入ONOO⁻诱发化学发光。无组织覆盖时，CL图像背景极低，信背比（SBR）高达230.97，为荧光成像（SBR=16.95）的13倍以上。随着鸡胸厚度增加，CL与荧光信号均呈下降趋势（图3I），但CL在4 mm厚度时仍可清晰检出，而荧光因激发光穿透受限及背景干扰已无法分辨。得益于CL极低背景噪声，其在12 mm厚度下的SBR仍保持12.15，而荧光信号已与组织自发荧光背景相当。上述结果证实，Ir-4@S-R NPs具备优异的ONOO⁻触发近红外CL深部组织成像能力。
图3 Ir-4@S-R NPs的活性氧生成表征。（a）DCFH荧光随超声辐照时间变化曲线；（b）不同条件下DCFH荧光强度随时间变化（I0为初始525 nm强度，I为实时强度）；（c）DPBF吸收光谱随超声辐照时间变化；（d）不同条件下DPBF吸收衰减比较（I₀为无辐照吸收，I为实时吸收）；（e）1O2生成动力学曲线（A0为无辐照吸收，A为实时吸收）；（f）HPF荧光随超声辐照时间变化；（g）不同条件下HPF荧光强度随时间变化（I0为515 nm初始强度，I为实时强度）；（h）PBS、Ir-1@S-R NPs与Ir-4@S-R NPs在超声下的DMPO-EPR信号对比
（3）Ir-4@S-R NPs的化学发光性能分析
CL可消除组织自发荧光噪声并规避激发光的光子散射，从而提升深部组织成像的信背比（SBR）。以Ir-4@S-R NPs考察其对PBS及典型活性氧/氮（RONS：NO2⁻、TBHP、OH⁻、O2⁻、1O2、H2O2、ClO⁻、ONOO⁻）的CL选择性。结果表明，ONOO⁻是最有效的触发剂，其诱导的CL强度较PBS及其他RONS高300倍，较ClO⁻高4倍（图4A）。图4B–C显示，在PBS体系中Ir-4@S-R NPs的荧光显著强于Ir-1@S-R NPs，与图1B中Ir-1/Ir-4溶液态荧光趋势相反，归因于NPs内AIE增强；超声激活的Ir-4@S-R NPs荧光与PBS组相当，提示其主要以超声驱动ROS产生进而诱发CL；而超声激活的Ir-1@S-R NPs荧光显著增强，表明该体系主要将超声能量转化为荧光发射，ROS产率降低，与前述ROS实验一致。ONOO⁻处理的Ir-4@S-R NPs荧光显著衰减，而Ir-1@S-R NPs几乎不变，证实Ir-4@S-R NPs对ONOO⁻的反应活性更高。图4B、D表明，经超声预辐照后并以ONOO⁻激活，Ir-1@S-R NPs与Ir-4@S-R NPs均产生CL信号，但后者强度为前者4倍，说明配位后卟啉衍生物更易与电负性差异大的ONOO⁻反应，且Ir-4@S-R NPs电荷（+4）远高于Ir-1@S-R NPs（+1）。Ir-4@S-R NPs的CL强度与ONOO⁻浓度呈良好线性（LOD = 87.4 nM，3σ/k）（图4E），并随超声照射时间延长先增后降，峰值出现于3 min（图4F）。CL发射峰位于≈660 nm，呈明亮近红外发光（图4G），且信号可持续＞10 min，适于活体成像（图4H）。
图4 Ir-4@S-R NPs的化学发光性能。（a）不同浓度Ir-4@S-R NPs的溶血率及红细胞溶液照片（n=3）；（b）人工血栓与PBS、Ir-4@S NPs或Ir-4@S-R NPs共孵育后的CL成像；（c）图（b）中CL强度定量（n=3）；（d）-（e）不同处理后的血栓外观照片（从左至右：超声、游离UK、Ir-1@S-R NPs+超声、Ir-4@S-R NPs+超声）；（f）FITC-纤维蛋白网络荧光图像，标尺100 µm；（g）各组血栓质量减少百分比（n=3）；（h）不同浓度Ir-4@S-R NPs对HUVEC的细胞毒性（n=3）；（i）不同超声强度对HUVEC的细胞毒性（n=3）；（j）各组细胞内H2S释放荧光成像，标尺50 µm；（k）TNF-α与（l）IL-6水平（a PBS；b LPS；c LPS+Ir-1@S-R NPs；d LPS+Ir-4@S-R NPs；e LPS+PAG+Ir-1@S-R NPs；f LPS+PAG+Ir-4@S-R NPs；n=3）
（4）体外溶栓与抗炎性能
0–200 µg mL⁻¹ Ir-1@S-R NPs及Ir-4@S-R NPs溶血率<5%，HUVEC存活>90%，1.0 W cm⁻²超声对细胞无显著影响（图5A、H–I)。靶向实验显示c(RGDfC)修饰的Ir-4@S-R NPs在血栓切片上的CL信号始终高于Ir-4@S NPs与PBS（图5B–C）。溶栓40 min后，血栓质量减少率依次：超声8.7%、UK17.1%、Ir-1@S-R NPs+超声50.3%、Ir-4@S-R NPs+超声76.9%；FITC-纤维蛋白骨架在Ir-4@S-R NPs+超声组显著崩解，其余组基本完整（图5D–G）。细胞内WSP-1探针显示仅Ir-4@S-R NPs+超声组产生绿色H2S荧光（图5J）。LPS诱导RAW264.7炎症模型中，Ir-4@S-R NPs显著下调IL-6与TNF-α，加入PAG后抑制效应消失（图5K–L）。综上，Ir-4@S-R NPs凭借高效ROS产率与H2S递送，实现靶向溶栓并抑制炎症。
优异的H2S释放与ROS生成能力是体外溶栓的基石。溶血实验（图5A）显示，0–200 µg mL⁻¹浓度范围内的Ir-1@S-R NPs与Ir-4@S-R NPs溶血率均＜5%，血液相容性良好。随后，以含c(RGDfC)的Ir-4@S-R NPs靶向人工鼠血凝块，IVIS成像表明其化学发光信号在各时间点均显著高于非靶向Ir-4@S NPs与PBS组（图5B、C）。溶栓实验中，凝块分别接受超声、UK、Ir-1@S-R NPs+超声及Ir-4@S-R NPs+超声处理（1.0 W cm⁻2, 1 MHz, 50%占空比, 40 min）。Ir-4@S-R NPs+超声组凝块显著收缩、上清血红，其余组仅轻度溶解（图5D、E）。FITC-纤维蛋白骨架示踪表明，Ir-4@S-R NPs+超声组出现明显骨架塌陷与碎片，超声或UK单独处理几无破坏（图5F），证实AIE与多核Ir中心协同产生的ROS高效瓦解纤维蛋白网络。定量测定凝块质量损失率依次为8.7%、17.1%、50.3%、76.9%（图5G），且Ir-4@S-R NPs+超声组上清450/540 nm吸光度显著升高，提示纤维蛋白与血红蛋白大量解离。安全性评估显示，0–200 µg mL⁻¹的两种NPs与HUVECs共培养24 h后，MTT测定细胞存活率＞90%（图5H）；超声强度≤1.0 W cm⁻2作用10 min对细胞活性无显著影响，1.5 W cm⁻2则导致明显死亡（图5I），故后续实验均采用1.0 W cm⁻2。胞内H2S释放以WSP-1探针监测，仅Ir-4@S-R NPs组呈现强绿色荧光（图5J），证实Ir-4作为生物正交声催化剂可原位递送H₂S。抗炎实验中，LPS诱导RAW 264.7细胞后，Ir-4@S-R NPs显著降低IL-6与TNF-α表达；加入100 µM H₂S抑制剂PAG后，炎症因子下调受阻（图5K、L），表明H₂S而非ROS或纳米材料本身发挥关键抗炎作用。转录组GO、Reactome、KEGG富集分析及Western blot进一步证实，该H₂S顺利获得抑制NF-κB通路实现抗炎效应。
图5 体外溶栓与抗炎性能。（a）不同浓度Ir-4@S-R NPs的溶血率及红细胞溶液照片；（b）人工血栓与PBS、Ir-4@S NPs或Ir-4@S-R NPs共孵育后的CL成像；（c）图（b）中CL强度定量（n=3）；（d）-（e）不同处理后的血栓外观照片（从左至右：超声、游离UK、Ir-1@S-R NPs+超声、Ir-4@S-R NPs+超声）；（f）FITC-纤维蛋白网络荧光图像，标尺100 µm；（g）各组血栓质量减少百分比（n=3）；（h）不同浓度Ir-4@S-R NPs对HUVEC的细胞毒性（n=3）；（i）不同超声强度对HUVEC的细胞毒性（n=3）；（j）各组细胞内H₂S释放荧光成像；（k）TNF-α与（l）IL-6水平
（5）体内血栓诊疗
尾静脉注射5 mg kg–1 Ir-4@S-R NPs后，血栓部位CL信号1 h达峰值并显著高于正常血管（图6A-B）；5 mg kg–1剂量2 h内血流恢复至77%，优于Ir-1@S-R NPs的58%与UK的短暂再通（图6C-G）。H&E显示Ir-4@S-R NPs血栓溶解率91%，显著高于Ir-1@S-R NPs的56%（图6E-F）。出血时间（≈5.6–6.7 min）及出血量与PBS相当，明显短于UK组20.9 min（图6H）。Evans蓝实验证实1.0 W cm–2超声未引起血管内皮损伤红外及Evans蓝证实1.0 W cm–2超声无热/机械损伤。因此，Ir-4@S-R NPs兼具高效溶栓与良好生物安全性。
图6 体内血栓诊疗。（a）血栓与正常小鼠颈动脉注射Ir-4@S-R NPs（5 mg kg–1）后的IVIS成像；（b）对应CL强度-时间曲线（n=3）；（c）模型建立、治疗及评估流程示意；（d）FeCl₃诱导后PBS、超声、游离UK、Ir-1@S-R NPs+超声及Ir-4@S-R NPs+超声处理的LSBFMS血流图；（e）各组颈动脉H&E染色，标尺300 µm；（f）血栓面积定量（n=3）；（g）各组相对血流灌注（n=3）；（h）尾出血量（n=3）
（6）体内安全性评估
给药7天内，血液学指标持续位于正常区间（图7A–H），血清BUN、CREA、ALT、AST与PBS对照无显著差异，提示肝肾损伤可忽略。ICP-MS显示纳米粒主要经肝、肺、肾代谢，器官沉积量随时间递减，7天已显著清除。各主要脏器HE切片未见炎症或坏死（图7I）。因此，Ir-4@S-R NPs在体内呈现良好生物安全性，为后续临床转化奠定基础。
图7 体内安全性评估。（a）-（h）不同处理后小鼠第3天的血液学指标（MCHC、MCH、MCV、HCT、HGB、RBC、WBC、PLT），n=3；（i）各组小鼠脑、心、肝、脾、肺、肾H&E染色，标尺100 µm，n=3
（7）大鼠股静脉血栓诊疗
尾静脉注射5 mg kg–1 Ir-4@S-R NPs后，大鼠股静脉血栓部位CL信号1 h达峰值，显著高于正常血管（图8A、B）。FeCl3诱导后血流阻断，Ir-4@S-R NPs+超声2 h血流恢复79%，优于Ir-1@S-R NPs的67%（图8C、D）。血液学及肝肾指标与PBS组无差异，7 d内肝肺肾蓄积显著下降（图8E–L）。
图8 大鼠股静脉血栓诊疗。（a）正常与血栓大鼠尾静脉注射Ir-4@S-R NPs（5 mg kg–1）后的IVIS成像；（b）对应CL强度-时间曲线（n=3）；（c）FeCl₃诱导后PBS、Ir-1@S-R NPs+超声、Ir-4@S-R NPs+超声处理的LSBFMS血流图；（d）各组相对血流灌注（n=3）；（e）-（l）不同处理后第3天的血液学指标（MCHC、MCH、HGB、HCT、PLT、MCV、RBC、WBC）（n=3）
本研究构建的Ir-4@S-R纳米平台将内源性过氧亚硝酸盐触发的近红外化学发光成像、声动力溶栓与超声按需释放硫化氢三者集于一体，实现了“一次注射、诊断-溶栓-抗炎”一体化。该体系凭借AIE-四核Ir(Ⅲ)声敏核的高效ROS产率和声催化能力，在体外12 mm鸡胸组织中仍可被ONOO⁻激活并发出深穿透CL；体内FeCl₃诱导的小鼠颈动脉血栓模型中血流恢复率显著优于游离UK，大鼠股静脉血栓几乎完全消融，且溶栓率高达76.9%。血液学、肝肾功能及组织病理学均证实其优异的生物相容性和极低的出血风险，为血栓性疾病的精准、安全治疗给予了新范式。
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