导语
光动力疗法(PDT)是一种无创的临床治疗手段,因其精准的选择性、出色的肿瘤消融特性,在临床上已被用于浅表肿瘤的治疗。在PDT过程中,光敏剂(PS)在光照下可产生大量细胞毒性活性氧(ROS),损伤加肿瘤细胞,从而引发细胞凋亡。然而,PDT过程中所使用的紫外-可见光(UV-Vis)对组织穿透深度低,严重制约了PDT的疗效,因此,开发具有更深组织穿透能力的PDT疗法至关重要。双光子光动力疗法(Two-photo-excited photodynamic therapy,TPE-PDT)是一种基于近红外脉冲激光对光敏剂进行激发的新型疗法,因其光穿透深度深、空间选择性高、对正常组织毒副作用小等优点而越来越受到研究人员的关注。然而,传统的双光子激发光敏剂(TPE PS)双光子吸收能力普遍较弱,而具有较强双光子吸收能力的TPE PS往往需要精确的结构设计及繁琐的有机合成步骤。因此,开发高效且简单易得的TPE PS目前依然具有挑战性。
图1.E/H NPs的制备及其PDT-PDT示意图(来源:Angew. Chem.)
近日,中科院化学所李峻柏研究员课题组在高效TPE PS的开发领域取得了新进展(Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202308019)。
前沿科研成果
基于大黄素的超强双光子吸收组装体用于增强型光动力治疗
本研究设计得到了一种基于天然产物大黄素(Emo)的组装体(E/H NPs),其具有超强的双光子吸收能力,并将其用于高效的TPE-PDT。对抗肿瘤天然产物Emo的光敏特性的表征证明,Emo具有显著的双光子吸收性能,在近红外飞秒脉冲激光的照射下能够产生单线态氧,其单线态氧量子产率为31.9%。密度泛函理论计算表明:Emo的第一激发单重态与第一激发三重态的能差较小(0.59 eV),有利于系间窜越过程的发生,从而进一步证实了单线态氧的产生。
在与人血清白蛋白共组装后,得到的E/H NPs复合组装体双光子吸收性能得到了极大地增强,同时依然具有良好的单线态产生能力。人乳腺癌细胞(MCF-7)对E/H NPs的摄取率相比于Emo聚集体更高,且E/H NPs在800 nm飞秒脉冲激光的照射下对MCF-7细胞的抑制作用明显增强,进一步证实了其具有良好的TPE-PDT效果。
以小鼠肿瘤为模型,E/H NPs在荷瘤小鼠肿瘤内的滞留时间可延长至12 h左右,显著高于Emo原药在肿瘤内的滞留时间(2 h)。在800 nm飞秒脉冲激光的照射下,肿瘤被完全抑制且无明显毒副作用。值得注意的是E/H NPs的用量仅为0.2 mg/kg,显著低于多数报道的光敏剂用量。
综上,该研究提出了一种全新的基于天然蒽醌大黄素的TPE-PDT制剂,显著增强了TPE-PDT的疗效,有望推动蒽醌类天然产物在临床PDT领域的应用。
该研究成果发表于国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition., DOI: 10.1002/anie.202308019)。该论文第一作者为中科院化学所博士生刘依林,通讯作者为中科院化学所李峻柏研究员、赵洁副研究员、国家纳米科学中心杨洋研究员。研究工作得到了国家自然科学基金的资助。
课题组简介
李峻柏研究员课题组长期致力于仿生体系分子组装的研究。课题组创造性的利用分子组装技术实现了生物分子马达ATP合酶的可控组装与功能调控(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12903; 2018, 57, 6532; 2019, 58, 796; 2019, 58, 1110; 2019, 58, 5572);在短肽分子的组装机理、结构和功能调控等方面同样取得了系统性的研究成果(Chem. Soc. Rev., 2022, 51, 6936;Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202207752);同时,课题组通过分子组装技术,结合多种分子间作用方式,构建了一系列可显著提高肿瘤光动力治疗效果的纳米结构(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 6049; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 7759; Nano Lett., 2019, 19, 1821)。李峻柏研究员课题组的研究为仿生体系的构建提供了全新的见解,也为光动力治疗药物的设计提供了新的思路。
教授简介
李峻柏,瑞典皇家工程科学院外籍院士,瑞典皇家哥德堡艺术与科学学院外籍院士,“国家杰出青年科学基金”获得者,中国科学院化学研究所研究员、博士生导师,中国科学院大学岗位教授。
先后承担科技部国家纳米重大专项项目(首席)、国家自然科学基金委杰出青年基金、重大与重点等科研项目。在Science、Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等发表SCI 论文180余篇,出版英文专著2部,主编中文专著1部,专著章节5章。现担任国际学术期刊Colloids & Surfaces A编辑、国际综述学术期刊“Current Opinion in Colloid & Interface Science”专题编辑,Soft Matter和Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology(JBNB)期刊编委。
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