生体適合性窒化チタンナノプラッドフォームを用いた近赤外-IIバイオウィンドウを用いたフォトニック癌ナノメディシンの開発

Photonic cancer nanomedicine using the near infrared-II biowindow enabled by biocompatible titanium nitride nanoplatforms.

• Chunmei Wang
• Chen Dai
• Zhongqian Hu
• Hongqiang Li
• Luodan Yu
• Han Lin
• Jianwen Bai
• Yu Chen

抄録

第2の近赤外バイオウィンドウ(NIR-II, 1000-1350 nm)を用いた光活性化光音響イメージング(PAI)と光熱療法(PTT)は、効率的な腫瘍検出と診断画像誘導型光ナノ医療の実現に大きな可能性を秘めている。本研究では、高い光熱変換効率と生体適合性を持つ窒化チタン（TiN）ナノ粒子を、近赤外IIレーザー励起光音響（PA）イメージング誘導型光熱腫瘍温熱療法の代替療法剤として構築したことを報告する。NIR-IIバイオウィンドウ内での作業は、より大きな最大許容露光（MPE）と光の望ましい浸透深さを提供し、それは、その後、PAイメージングを使用して腫瘍の完全な範囲まで検出し、光熱焼灼を使用して完全な腫瘍の焼灼を可能にし、特に深い領域では。さらなる表面ポリビニルピロリドン（PVP）修飾後、TiN-PVP光熱ナノエージェントは、NIR-IIバイオウィンドウで22.8%という高い光熱変換効率を示し、NIR-IIバイオウィンドウを用いた高い浸透深さと、インビトロでの腫瘍細胞の生存性に対する対応する治療効果をさらに検証した。さらに、これらのTiN-PVPナノ粒子は、in vitroとin vivoの両方でNIR-II活性化PAイメージングのための造影剤として初めて開発され、NIR-IおよびNIR-IIバイオウィンドウ内でのin vivoでの腫瘍の効率的な光熱焼灼を実現しました。本研究は、in vitroおよびin vivoの両方でNIR-IIバイオウィンドウ内で動作するTiN-PVP光熱ナノエージェントのパラダイムを提供するだけでなく、NIR-IIレーザー励起を用いたPAIおよびPTT癌治療法の実現可能性を証明するものである。

Light-activated photoacoustic imaging (PAI) and photothermal therapy (PTT) using the second near-infrared biowindow (NIR-II, 1000-1350 nm) hold great promise for efficient tumor detection and diagnostic imaging-guided photonic nanomedicine. In this work, we report on the construction of titanium nitride (TiN) nanoparticles, with a high photothermal-conversion efficiency and desirable biocompatibility, as an alternative theranostic agent for NIR-II laser-excited photoacoustic (PA) imaging-guided photothermal tumor hyperthermia. Working within the NIR-II biowindow provides a larger maximum permissible exposure (MPE) and desirable penetration depth of the light, which then allows detection of the tumor to the full extent using PA imaging and complete tumor ablation using photothermal ablation, especially in deeper regions. After further surface polyvinyl-pyrrolidone (PVP) modification, the TiN-PVP photothermal nanoagents exhibited a high photothermal conversion efficiency of 22.8% in the NIR-II biowindow, and we further verified their high penetration depth using the NIR-II biowindow and their corresponding therapeutic effect on the viability of tumor cells in vitro. Furthermore, these TiN-PVP nanoparticles were developed as a contrast agent for NIR-II-activated PA imaging both in vitro and in vivo for the first time and realized efficient photothermal ablation of the tumor in vivo within both the NIR-I and NIR-II biowindows. This work not only provides a paradigm for TiN-PVP photothermal nanoagents working in the NIR-II biowindow both in vitro and in vivo, but also proves the feasibility of PAI and PTT cancer theranostics using NIR-II laser excitation.