光声成像(photoacoustic imaging,PAI)是近年来发展迅速的一种新型医学影像技术,是采用“光激发、声探测、图像重构”的成像原理,克服了传统光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的不足,实现了对组织较大深度的高分辨、高对比度的功能成像。作为一种非侵害性分子影像技术,PAI被广泛用于血红蛋白、黑色素、脂质等具有光学吸收特性物质的探测及其分布的成像研究,为肿瘤、脑部、血管眼睛等人体部位组织以及血管成像提供了一种有力的工具。然而这些内源性材料通常具有较低的光声信号,因此需要外源性光声造影剂(如碳纳米管、金纳米棒等无机材料)提高光声成像质量。然而这些无机纳米材料的潜在生物毒性问题还有待研究,限制了其进一步的临床转化应用。最近,有机光电材料由于其良好的光电性质和生物相容性,在光声成像领域引起人们的广泛关注。本文主要研究近红外吸收有机光电功能材料在光声成像及光声成像指导的治疗的应用研究。主要分为以下三个内容:1.本章节设计合成了一种具有强近红外吸收、靶向基团Arg-Gly-Asp(c RGD)修饰的两亲性苝-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(PDI)有机半导体材料。通过自身的两亲性结构特征,该半导体材料可以自组装成有机半导体纳米粒子(cRGD-PDI NP)。cRGD-PDI NP表现出强的近红外吸收能力、良好的光稳定性、高的靶向性、低的细胞毒性和较长的血液循环半衰期等性质,使得其在光声成像领域表现出良好的应用前景。通过活体光声成像仪进行老鼠颈静脉血栓的实时成像,证明了cRGD-PDI NP可以作为一种有效的PA造影剂,实现对小鼠早期血栓的特异性靶向诊断,特异性地靶向活体小鼠中的早期血栓。更重要的是,c RGD-PDI NP不仅可以提供包括血栓的轮廓,大小和构象以及空间分布的准确信息,还可以实时监测血栓的阻塞程度,有效区分出早期血栓和晚期血栓,为后期临床治疗干预提供第一手资料。2.本章节通过纳米共沉淀的方法制备了一种具有光声诊疗功能的FA-BODIPY类有机半导体纳米粒子用于活体光声成像指导下的光热治疗。首先我们设计了一种具有生物最佳吸收波长(800 nm)的FA-BODIPY类有机小分子,采用两亲性生物大分子DSPE-mPEG(MW:5000),通过纳米共沉淀的方法制备了FA-BODIPY NP,显著解决了传统FA-BODIPY类衍生物的水溶性和生物相容性难题。相比传统的光热治疗剂(金纳米棒,GNR),FA-BODIPY NP在水溶液及生物介质中表现出良好的的分散性和稳定性以及聚集诱导增强的光热转换效率,在光声诊疗领域表现出极大的应用潜景。活体小鼠的光声成像实验证明了FA-BODIPY NP可以实现对深部肿瘤区域的高效光声成像实验。光热疗实验证明了FA-BODIPY NP相比传统的GNR表现出更加优异的光热治疗效果。因此,本章节设计合成多功能的有机小分子半导体材料在光声成像指导下的肿瘤光热治疗方面提供了一种切实有效的途径。3.本章节报道了分子刷型阳离子型共轭聚电解质作为一种多功能的有机半导体材料(光声造影剂和药物载体),采用光声成像技术系统研究有机半导体材料在肿瘤区域的富集,间优化材料在肿瘤区域富集的各项制约条件,实现高效的基因沉默治疗。通过PEG2000-PFNa修饰共轭聚电解质制备成Polymer@PEG2000-PFNa,作为siRNA的运输载体,该体系不仅可以降低其细胞毒性还可以提高Ploymer@PEG2000-PFNa/siPlk1复合物在血液中的循环时间和基因沉默的效率。随后使用不同摩尔比的Polymer@PEG2000PFNa/siPlk1复合物探索其基因干扰效率,最后得到20 nM Polymer@PEG2000-PFNa/siPlk1(100 M)可以使目的基因Plk1 mRNA的表达水平降低85%,同时使用该摩尔比的Polymer/siPlk1通过尾静脉注射到A549肿瘤的老鼠体内,干扰效率可以达到25%。结果表明,在光声成像指导下,Polymer@PEG2000-PFNa作为一种多功能运输载体可以实现有效的基因治疗效果,在新型的基于核酸的治疗发展中具有光明的应用前景。