系間竄越增強和激發(fā)態(tài)壽命延長的花菁染料用于光動力療法抗腫瘤轉(zhuǎn)移
腫瘤光動力治療由于其具有時空靶向性、非入侵性、可重復應用和不具耐受性等優(yōu)點是繼化療、放療和手術(shù)治療后的第四種癌癥治療手段。光敏劑作為光動力治療中最重要的組分，關(guān)于其設(shè)計與開發(fā)一直是研究者優(yōu)化光動力治療效果的直接突破口。目前大多數(shù)光敏劑依賴重原子的參與，然而暗毒性大、穩(wěn)定性差以及縮短的三重態(tài)壽命等缺點大大降低了該類光敏劑的實際應用潛能。雖然一些已報道的無重原子光敏劑能夠解決上述問題，但較短的激發(fā)波長，弱的光子捕獲能力以及強疏水性限制了其向臨床轉(zhuǎn)化的應用。
基于此背景，精細化工國家重點實驗室樊江莉教授團隊與新加坡科技設(shè)計大學劉曉剛副教授合作，以五甲川花菁染料作為光敏劑設(shè)計母體，通過在其meso位置引入不同供電子能力以及空間位阻的平面剛性官能團，調(diào)控其在激發(fā)態(tài)的性質(zhì)。理論計算與實驗數(shù)據(jù)表明，通過在meso位置引入大空間位阻的電子供體，能夠增加旋軌耦合和降低單、三重態(tài)能隙以提升系間竄越效率，同時還能抑制花菁染料本身的構(gòu)想異構(gòu)以延長其激發(fā)態(tài)壽命。9-甲氧基蒽取代的花菁光敏劑（ANOMe-Cy5）在保證擁有花菁光敏劑本身的近紅外光區(qū)大摩爾消光系數(shù)、良好的溶解性和天然的腫瘤、線粒體靶向性質(zhì)的同時，擁有相對于參比五甲川菁染料提升的單線態(tài)氧量子產(chǎn)率（4.48倍）、延長的三重態(tài)壽命（9.8倍）和未衰減的熒光發(fā)射。在細胞光動力治療評估中，該光敏劑對常氧和低氧癌細胞均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗癌效果，并最終在腫瘤活體治療模型中，實現(xiàn)腫瘤的光消融和成功抑制腫瘤肺轉(zhuǎn)移。
這項研究為未來開發(fā)高效近紅外光療用光敏劑提供了具有指導性的分子設(shè)計策略。該工作發(fā)表在Journal of the American Chemical Society, 2021. doi.org/10.1021/jacs.1c06275.
該論文的第一作者為大連理工大學博士生趙學澤，通訊作者為大連理工大學樊江莉教授和新加坡科技設(shè)計大學劉曉剛副教授。大連理工大學為論文的第一通訊單位。
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