黄维院士团队杨震/范曲立/胡文博Angew: 通过促进电子空穴对分离来加强非氧依赖性光动力肿瘤治疗

I型光动力治疗技术被认为具有更好的耐缺氧性能，开发I型光敏剂为解决传统光动力疗法固有的氧消耗和缺氧肿瘤微环境导致的光动力疗法疗效不足的问题提供了一种行之有效的方法。目前设计构建I型光敏剂的挑战在于如何促进光敏化分子的电子转移能力，以便将氧或水分子转化为生物毒性的活性氧（ROS）。在此，本工作提出了一种由电子受体触发的光诱导电子转移策略，通过结合传统光敏剂和苝酰亚胺两种有机半导体分子，来促进电子空穴对的分离，从而显著提高I型光敏化途径来产生大量的ROS，尤其是极大促进羟基（OH•）和超氧阴离子（O₂^-•）的产生（图1）。进一步的机理探索通过理论计算和超快飞秒瞬态光谱分析揭示了光照射后分子间的电子转移和分子内的电荷分离产生了促进I型光动力过程的自由基离子对。此外，该纳米组装体可进一步实现活体光声成像和近红外二区荧光成像协同指导下的肿瘤高效光动力治疗。该工作为设计制备乏氧耐受的新型光敏剂提供了新思路。

图1.通过促进电子空穴对的分离来增强I型光敏化过程的示意图

文章要点

1、设计制备了两种有机半导体分子，即苝酰亚胺（PDI）和具有光敏化效率的稠环分子L8-BO-EH-4F（4F）。在4F分子中，富电子的硫原子可以显著增强分子核心的给电子能力，并进一步与强缺电子氟取代的二氰基乙烯基茚酮结合，从而获得了长波长窄带隙的光敏分子。将两种半导体分子通过两亲性分子Pluronic F-127进行纳米共组装后，共组装体（4F-PDI1 NPs）表现出优异的光学性质、显著的光声成像和NIR-II荧光成像效果（图2）。

图2. 4F-PDI1 NPs基本性能表征

2、4F可以在I型和II型光敏化途径中均产生ROS，当引入PDI后，所获得的共组装体（4F-PDIx NPs）能显著增强ROS产生效率，且有效促进I型光敏化过程。PDI的引入能分别促进OH•和O₂^−•的产生3.5倍和2.5倍。此外，当PDI：4F比例为1:1时，ROS产生能力达到最大平衡，因此，4F-PDI1 NPs被用于后续的细胞和生物实验（图3）。

图3. PDI放大I型光敏化过程促ROS产生实验探究

3、通过理论计算和超快飞秒瞬态光谱分析进行进一步的机制探究，结果表明，共组装体（4F-PDI1 NPs）在光照射下可以促进4F和PDI之间的电子转移，产生自由基离子对，放大I型光敏化过程（图4）。

图4. 放大I型光敏化过程的光化学机制探索

4、该纳米平台在常氧和乏氧条件下均表现出优异的细胞光毒性，此外，在活体光声成像和近红外二区荧光成像的协同指导下，该纳米诊疗剂具有显著的肿瘤生长抑制效果（图5）。该工作将为开发新一代耐缺氧光敏剂用于肿瘤高效诊疗提供新的见解。

图5.活体光声成像和近红外二区荧光成像协同介导光动力肿瘤治疗

该工作以“Deciphering Oxygen-Independent Augmented Photodynamic Oncotherapy by Facilitating the Separation of Electron-Hole Pairs”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。海峡创新实验室/福建师范大学海峡柔性电子（未来科技）学院黄维院士、杨震教授、南京邮电大学范曲立教授和西北工业大学胡文博教授为论文通讯作者，胡晓明副教授为论文的第一作者，福建省立医院血管与肿瘤介入科方主亭主任为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、福建省自然科学基金、江西省自然科学基金、福建师范大学青年创新团队等基金的支持。

参考文献

Xiaoming Hu, et al. Deciphering Oxygen-Independent Augmented Photodynamic Oncotherapy by Facilitating the Separation of Electron-Hole Pairs. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401036.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202401036

来源：高分子科学前沿