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Chem. Eur. J. :还原性活性物种参与的光动力治疗2024-01-13
近日,南京大学化学化工学院冯福德教授团队应邀在《欧洲化学》上发表论文,基于近期光动力治疗的发展和困境,提出了还原性活性物种(RRS)参与的还原型光动力治疗(R-PDT)理念。这是一种有别于传统活性氧(ROS)主导的氧化型光动力癌症治疗新思路。文章归纳总结了基于单电子转移及氢自由基(H•)参与的两种主要R-PDT治疗机制,并进一步阐述R-PDT的发展前景及挑战。

 

 

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图1. H•介导的还原型光动力治疗

光动力治疗作为一种癌症治疗新兴手段,由于其优异的时空可控性、无创性及低毒性等优点得到科研工作者的广泛关注。现阶段,传统光动力治疗主要依赖激发态光敏剂通过将能量或电子转移至氧气产生ROS实现肿瘤杀伤。遗憾的是,由于肿瘤乏氧异质性的特点,特别是实体瘤内部存在极度乏氧区域(<1% O2或更低),导致这种依赖氧气的治疗策略受到限制。同时,癌细胞内谷胱甘肽(GSH)过表达等抗氧化机制进一步削弱基于ROS氧化治疗策略的最终治疗效果。因此,不同RRS参与的光动力治疗不断被提出和发展,用于克服上述困境。

通过将光氧化还原催化应用于光动力治疗,以癌细胞线粒体内部NADH作为驱动力,能够实现无需氧气参与的R-PDT。但是细胞内NADH的分布及浓度等因素,影响这种基于单电子转移机制的R-PDT最终治疗效果。

作为最小的活性自由基,H•由于其强还原性及促氧化性能迅速成为研究热点,在有机光催化合成及环境科学领域备受关注。H•在癌症治疗领域同样发展前景广阔,放疗产生的H•可被用于触发前药的激活。然而,通过射线电离水产生的活性物种种类复杂,存在安全担忧及效率低下等问题。因此,迫切需要构建能够在生理环境下工作的生物友好型H•发生器。研究发现,以GSH作为“燃料”的有机光敏分子具有高效的光化学产生H•的能力,可还原多种不饱和键及生物大分子。在癌细胞内部,H•与氧气的快速反应能够引起三重放大的氧化应激效应,诱导铁死亡/凋亡并存的死亡机制;而在乏氧环境下由于H•的还原性,癌细胞死亡则以凋亡为主要机制。这种GSH/H•耦合的治疗策略保证了优异的光疗效果及生物安全性(nM水平的IC50和103级别PI值)。

本篇论文提出了还原性活性物种主导的R-PDT理念,仅需光敏剂和光(癌细胞内部存在GSH和NADH,无需额外补充),在解决癌症PDT治疗中乏氧限制等重要问题方面具有普适性。进一步对后续研究进行了展望,包括具有近红外吸收的RRS发生器的设计及其在乏氧敏感前药激活等生物医学领域的应用。

文信息

Reactive Reductive Species Participating Photodynamic Therapy for Cancer Treatment

Jinlei Peng, Fude Feng*

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202302842