癌症是恶性肿瘤,严重危害人类的生命健康。诊疗一体化(theranostics)是目前全新的癌症诊疗策略,这是一种同时将癌症诊断和治疗相结合的方法。一次给药即可实现肿瘤的定位检测和治疗,能够实时监控药物富集和评价治疗效果,有效降低对正常组织的毒副作用,并显著提高疗效,是一种高效集约化的治疗手段。有机小分子类药物(分子量小于1000)具有结构简单明确,易于大批量合成,成分可控,稳定性好,储存方便等优势,成为目前临床及市场上的主流药物。在本论文中,我们将肿瘤诊断和治疗功能整合到一个简单的有机小分子中,开发了一系列肿瘤微环境响应激活的小分子诊疗探针,并采用多模态成像和诊疗一体的方法,探索了这些多功能小分子诊疗试剂在肿瘤诊断和治疗中的应用,为肿瘤的精确诊断和治疗提供了新策略,为小分子药物的设计与开发提供了新思路。主要内容如下:(1)肿瘤靶向小分子pH探针用于肿瘤双模成像及光动力治疗开发了一种集肿瘤靶向、肿瘤微酸环境响应及光热治疗为一体的多功能诊疗小分子探针IR-PY。在荷瘤小鼠模型中实现了肿瘤的近红外荧光/光声双模成像和有效的光热治疗。这种生物相容性小分子治疗探针是由一种易于合成、贮存,结合高对比度双模成像和高效的治疗功能,有望用于肿瘤的精确检测和有效治疗。(2)硫醇/p H双响应探针用于肿瘤靶向成像和光动力治疗开发了一种硫醇/pH双响应的小分子诊疗探针RhoSSCy,可以同时对细胞中的硫醇和pH水平进行检测评估。并且RhoSSCy具有肿瘤靶向积累、近红外荧光/光声双模态成像和近红外敏化的光动力效果,能够在荷瘤小鼠模型中实现肿瘤的双模成像和高效的肿瘤光动力治疗,为准确的影像诊断、成像引导光动力疗和肿瘤的疗效评估提供有效信息。这些结果突显了RhoSSCy作为一种多用途的诊疗试剂在肿瘤靶向传感和图像引导光动力的应用价值。(3)肿瘤乏氧响应的近红外二区单分子诊疗探针开发了一个乏氧响应的近红外二区诊疗小分子探针IR1048-MZ,用于高对比的肿瘤近红外二区荧光/光声成像和乏氧活化的光热治疗。IR1048-MZ分子探针本身近红外二区和光声信号非常弱。然而,在乏氧响应后,探针发射出非常强的近红外二区荧光和光声信号,这为深组织肿瘤的位置和边界提供精确测定提供了清晰的组织影像。更重要的是,IR1048-MZ在活体内实现了乏氧激活的光疗效果,并且治疗后肿瘤消融,无复发。因此这种多功能的IR1048-MZ探针不仅可以作为一种肿瘤乏氧响应的近红外二区荧光/光声成像探针,对乏氧反应快速、有效、敏感,同时也是一种可用于光热治疗的可激活型小分子光敏剂。IR1048-MZ也可用于检测乏氧相关疾病(如肿瘤、炎症、中风和心脏缺血等),是一种很有前途的诊疗试剂。