深圳大学王恒特聘研究员课题组Angew. Chem. Int. Ed.：多模块集成的超分子光敏剂协同增强光动力治疗

导语

光动力治疗（PDT）是利用光敏剂分子从光中获取能量生成活性氧，从而杀死癌细胞的肿瘤治疗方法，因其具有时空选择性和非侵入性等优势，近年来受到广泛关注。光动力治疗中光敏剂材料的活性氧产生效率至关重要。因此，目前的研究工作主要集中于开发新的光敏剂分子，通过引入大平面共轭结构和重原子等元素促进分子内电荷分离及提升系间蹿越效率，从而实现光敏剂功效的提升。除了从头设计光敏剂分子外，如能通过集成已有的光敏剂分子的方式实现活性氧产生效率的协同提高，将为光敏剂材料的发展提供新思路。

近日，深圳大学王恒副教授/特聘研究员在国际知名学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表题为“Combining Multiple Photosensitizer Modules into One Supramolecular System for Synergetic Enhancement of Photodynamic Therapy”（DOI: 10.1002/anie.202400049）的研究论文。该论文利用吡喃-吡啶盐化学和配位驱动自组装相结合的策略（J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 5191; J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 16108; J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 13187; Nature Commun.2018, 9, 1815）将PDT常用光敏剂分子（四苯乙烯、卟啉或锌卟啉）和吡啶盐光敏剂分子高效集成，构筑了一类新型的超分子光敏剂，实现了光动力治疗的协同增强。

图1. 超分子光敏剂的结构及合成路线（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

前沿科研成果

多模块集成的超分子光敏剂协同增强光动力治疗

基于结构设计以及多维核磁和质谱证明，此类笼状配位超分子光敏剂（S1−S3）包含两个四苯乙烯、卟啉或锌卟啉光敏剂模块和八个吡啶盐光敏剂模块（图1）。

光物理性质研究表明模块集成一方面拓宽了吸收光的波长范围，另一方面促进了模块间的能量转移（图2a，b）。其中，基于卟啉的超分子光敏剂S2具有优异的紫外-可见光吸收、最大的Stokes位移以及较强的荧光量子产率，表现出了在PDT方面的应用潜力。

图2. 超分子光敏剂及其配体的光物理性质研究和DFT理论计算（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图3. 超分子光敏剂及对照组的活性氧物质生成能力评估（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

随后，其应用潜力通过DFT理论计算（图2c−f）和活性氧物质（ROS）生成能力研究（图3）得到了证实。无论是总的ROS，还是单线态氧（1O2），超氧根（O2˙ˉ）和氢氧根自由基（·OH）等分型活性氧物质方面，S2均具有最优的表现。引人注目的是，S2总的ROS生成能力是商业化孟加拉玫瑰红（RB）光敏剂分子的20倍，单线态氧量子产率可达94%。

在上述研究基础上，进一步通过一系列细胞和动物实验对超分子光敏剂S2进行了详细评估，结果表明S2具有优异的PDT疗效、生物相容性和生物安全性（图4和5）。

图4. 体外光动力治疗评估（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

图5. 体内光动力治疗评估（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

综上所述，本论文通过简单的模块集成策略成功地制备了一类高效的超分子光敏剂，实现了光动力治疗的协同增强。基于此，将来有望通过改变模块的形状、尺寸、吸收波长范围、癌细胞的靶向性和水溶性等特性，实现超分子光敏剂的性质和功能的按需调控，为开发能够在临床应用的高效光敏剂开辟了一条新的道路。

文章的第一作者是深圳大学的李志凯博士和张志军助理教授/特聘研究员，理论计算由郑州大学的张文静副教授完成。

作者简介

李志凯，博士，深圳大学化学与环境工程学院副研究员。研究兴趣主要集中于借助配位驱动自组装和共价聚合的协同效应实现配位超分子的非平衡态捕获、聚合物链的构型/构象直接可视化和高强高韧弹性体材料的制备等。近年来，以第一作者身份发表了多篇代表性论文，包括J. Am. Chem. Soc. (3)和 Angew. Chem. Int. Ed. (1)等；主持并结题了中国博士后科学基金面上项目。

邀稿

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