华南理工大学唐本忠院士团队王志明研究员课题组《ACS Nano》：一种制备Ⅰ型光敏剂用于光动力治疗癌细胞和病原体的可行策略
荧光成像介导的肿瘤光动力疗法（FPDT）具有实时药物追踪，高时空分辨率和无创治疗的优势，在癌症的精确治疗中起着重要的作用。其主要机理是光敏剂在光照作用下与氧气发生反应，促使无毒的氧气转变为具有细胞毒性的活性氧（ROS），进一步造成细胞死亡、微血管损伤、免疫应激反应等一系列抗癌效应。实际上，由于肿瘤细胞的快速分化，肿瘤微环境中的氧含量较低（低氧环境），严重的降低了光动力治疗的效果。然而，通过电子转移的方式产生I型自由基ROS具有较高的光毒性和非常低的氧依赖性，那么基于这种I型机理的光敏剂可以有效地提高PDT在肿瘤治疗中的效率。因此越来越多的研究者们逐渐开始关注并致力于I型光敏剂的开发，但关于纯有机I型光敏剂的报道目前还十分少见。如何指导设计纯有机I型光敏剂成为了研究的重点。
2020年华南理工大学唐本忠院士团队王志明研究员课题组指出采用强的分子内电荷转移和富电子的给体及重原子阴离子的方式提高分子隙间穿越效率的方式提高ROS产生效率，并且利用聚集过程强化该过程（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2002057）。本篇工作中，他们继续沿用聚集诱导活性氧生成（AIG-ROS）思想，提出利用光化学反应活性的分子在聚集态下无法实现构象调整而抑制新产物的生成，受激发的分子则通过自由基参与的电子传递过程与周围环境中游离的三重态氧分子反应，从而将自由基活性中间体转化为I型ROS，从而发展了一种新的制备Ⅰ型光敏剂的方法。
本研究开发了一种基于四苯基乙烯（TPE）骨架的异喹啉鎓有机盐衍生物TIdBO用作光敏剂。在持续的光照下，处在溶剂条件下的小分子则可以通过自由基参与的电子转移过程完成光环化反应（c-TIdBO）；而当其生成聚集体时，光环化反应受到抑制而I型ROS产物比例显著上升：说明二者竞争过程可以通过分子聚集行为予以调控，并证明该提高I型ROS的策略可行。值得注意的是，在与HeLa细胞相互作用的过程中，TIdBO不仅表现出良好的PDT性能，而且其还可以通过不断增强的荧光强度与细胞形态变化之间的关系作为一种细胞凋亡的指示剂，实现了对PDT过程的自我监测。同时，TIdBO还表现出对微生物特别是金黄色葡萄球菌的良好结合和有效杀伤能力，其抗菌作用可归因于TIdBO本身的暗毒性以及在光照下产生ROS。通过控制其与细胞和微生物的共孵育时间，其可以实现选择性成像并杀死细菌或真菌，这表明其可应用于在致病细菌成像和抑制中。因此，它为我们提供了与常规治疗方式协同作用的新见解。
相关研究工作日前以“A Feasible Strategy of Fabricating Type I Photosensitizer for Photo-dynamic Therapy in Cancer Cells and Pathogens”为题发表于《ACS Nano》，文章第一作者为华南理工大学博士研究生陈孔麒，共同第一作者为贺萍博士，通讯作者为华南理工大学王志明研究员和唐本忠院士。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c01577
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