Fe3+掺杂的聚氨基吡咯纳米粒子用于原位乳腺癌的磁共振成像和光热治疗

doi:10.7503/cjcu20240156

摘要/Abstract

摘要：

利用铁离子诱发的氨基吡咯氧化聚合反应及铁离子与聚氨基吡咯间的配位作用制备了尺寸均一的铁离子掺杂聚氨基吡咯纳米粒子(Fe/Ppy-NH₂ NPs). Fe/Ppy-NH₂ NPs的胶体稳定性良好, 其中铁离子的质量分数高达17.4%. 铁离子在Fe/Ppy-NH₂ NPs中的大量掺杂, 一方面, 能够增强其在近红外光区的消光能力, Fe/Ppy-NH₂ NPs的光热转化效率高达37.9%, 是一种良好的光热试剂, 能够实现对肿瘤的光热治疗; 另一方面, 铁离子3d轨道中存在的单电子能够降低纵向弛豫时间, Fe/Ppy-NH₂ NPs能够作为T₁加权的磁共振成像造影剂, 实现对肿瘤的定位. Fe/Ppy-NH₂ NPs在对原位乳腺癌的磁共振成像和光热治疗中展现了良好的效果.

关键词: 聚氨基吡咯, Fe³⁺掺杂, 磁共振成像, 光热治疗

Abstract:

Fe³⁺-doped polyaminopyrrole nanoparticles（Fe/Ppy-NH₂ NPs） with uniform size are prepared by Fe³⁺- induced oxidative polymerization of aminopyrrole and the coordination between Fe³⁺ and polyaminopyrrole. The colloidal stability of Fe/Ppy-NH₂ NPs is good， and the mass fraction of Fe³⁺ is as high as 17.4%. On the one hand， the large amount of Fe³⁺ doping in Fe/Ppy-NH₂ NPs can enhance the extinction ability in near infrared region， and the photothermal conversion efficiency of is 37.9%， which showing that Fe/Ppy-NH₂ NPs is a good photothermal reagent for the photothermal therapy of tumors. On the other hand， the presence of single electron in the 3d orbit of Fe³⁺ can reduce the longitudinal relaxation time， Fe/Ppy-NH₂ NPs are able to act as T₁-weighted magnetic resonance imaging （MRI） contrast agents for tumor localization. In conclusion， Fe/Ppy-NH₂ NPs have shown good effects in in-situ MRI and photothermal therapy of breast cancer.

Key words: Polyaminopyrrole, Fe³⁺-doping, Magnetic resonance imaging, Photothermal therapy

中图分类号:

O631

TrendMD:

朱宣祺, 崔丽影, 赵欣宇, 姜玲, 张雪. Fe³⁺掺杂的聚氨基吡咯纳米粒子用于原位乳腺癌的磁共振成像和光热治疗. 高等学校化学学报, 2025, 46(1): 20240156.

ZHU Xuanqi, CUI Liying, ZHAO Xinyu, JIANG Ling, ZHANG Xue. Fe³⁺-doped Polyaminopyrrole Nanoparticles for in situ Magnetic Resonance Imaging and Photothermal Therapy of Breast Cancer. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(1): 20240156.

图/表 10

Fig.1 TEM image(A) and UV⁃Vis absorption spectrum(B) of Fe/Ppy⁃NH2 NPs

Fig.2 Temperature increment of Fe/Ppy⁃NH2 NPs solutions by altering the laser power densityc(Fe/Ppy⁃NH2 NPs )/(mg·L-1): (A) 100; (B) 200.

Fig.3 The real⁃time temperature of a heating⁃cooling cycle of Fe/Ppy⁃NH2 NPs solution(200 mg/L)

Fig.4 Calculated photothermal conversion efficiency of Fe/Ppy⁃NH2 NPs solution(200 mg/L) based on the time constant for heat transfer

Fig.5 Relative cell viability of 4T1 cells after 24 h incubation with different concentrations of Fe/Ppy⁃NH2 NPs solution before(A) and after(B) 30 min irradiation with 808 nm laser of 0.33 W/cm2

Fig.6 Major liver and renal functions indexes of mice 24 h after the injection of Fe/Ppy⁃NH2 NPssolution(200 mg/L)The control group is age-matched healthy mice that injected saline.

Fig.7 H&E⁃stained major organ slices of mice 7 d after the injection of Fe/Ppy⁃NH2 NPs solution(200 mg/L)The control group is age-matched healthy mice that injected saline.

Fig.8 T1⁃weighted MRI images of 4T1 tumor bearing mice 24 h after the injection of saline(A—C) and 200 mg/L Fe/Ppy⁃NH2 NPs solution(D—F)（A， B， D， E） Coronal view；（C， F） axial view.

Fig.9 Biodistribution of Fe/Ppy⁃NH2 NPs in the 4T1 tumors 24 h after the injectionThe unit %ID/g means the percent of injected dose per gram of tissue.

Fig.10 Infrared thermal images of the 4T1 tumor bearing mice treated with Fe/Ppy⁃NH2 NPs under the irradiation of 808 nm laser at the power density of 0.33 W/cm2

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Fe³⁺掺杂的聚氨基吡咯纳米粒子用于原位乳腺癌的磁共振成像和光热治疗

Fe³⁺-doped Polyaminopyrrole Nanoparticles for in situ Magnetic Resonance Imaging and Photothermal Therapy of Breast Cancer

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