有機光敏劑通過調(diào)控三線態(tài)壽命和系間竄越效率優(yōu)化腫瘤光動力治療
近日，新加坡國立大學劉斌教授團隊在腫瘤光動力學增效研究上取得了突破性進展。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Advanced Functional Materials》（IF=18.5、一區(qū)top期刊）上。
光動力治療（PDT）作為一種微創(chuàng)性腫瘤治療手段，其核心機制是通過光敏劑在特定波長光激發(fā)下產(chǎn)生活性氧物種（ROS）來選擇性殺傷腫瘤細胞。與傳統(tǒng)治療方法相比，PDT具有時空選擇性高、系統(tǒng)毒性低、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)勢。有機光敏劑因其結(jié)構(gòu)可調(diào)性強、生物相容性好等特點，已成為當前PDT研究的熱點。然而，腫瘤微環(huán)境常呈現(xiàn)缺氧特征，這嚴重限制了依賴氧氣的I型ROS（如單線態(tài)氧）的產(chǎn)生效率。因此，開發(fā)能協(xié)同產(chǎn)生I型（電子轉(zhuǎn)移途徑）和II型（能量轉(zhuǎn)移途徑）ROS的雙功能光敏劑，成為突破現(xiàn)有PDT技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵方向。
盡管目前已開發(fā)出眾多有機光敏劑，但如何系統(tǒng)優(yōu)化其I/Il型ROS生成效率仍待深入探索。這主要源于三重態(tài)壽命與系間竄越（ISC）效率這兩個關(guān)鍵參數(shù)之間存在復(fù)雜的權(quán)衡關(guān)系：延長三重態(tài)壽命雖有利于II型ROS生成，但可能降低電子轉(zhuǎn)移效率；而提高ISC效率雖能增強光敏劑整體激發(fā)態(tài)利用效率，卻可能因加速能量耗散導(dǎo)致三重態(tài)壽命過短�，F(xiàn)有研究多聚焦于單一ROS生成途徑的優(yōu)化，缺乏對這兩個參數(shù)的協(xié)同調(diào)控策略，致使光敏劑在復(fù)雜腫瘤微環(huán)境（特別是缺氧條件下）的性能受限。
針對上述問題，研究者通過分子工程設(shè)計了三種基于BODIPY衍生物的光敏劑（mBDP-PyH、mBDP-2Py和mBDP-PyBr），系統(tǒng)調(diào)控其三重態(tài)壽命與ISC效率。結(jié)果表明，盡管溴原子修飾（mBDP-PyBr）縮短了三重態(tài)壽命，但其顯著提升的ISC效率不僅補償了這一劣勢，還同時增強了I型和II型ROS的生成能力。因此這項工作不僅為克服腫瘤缺氧微環(huán)境對PDT的限制提供了新思路，更建立了通過精確調(diào)控光物理參數(shù)來優(yōu)化光敏劑性能的普適性設(shè)計范式，對推進PDT的臨床應(yīng)用具有重要意義。
圖1. mBDP-PyBr NPs的體內(nèi)實驗
文章中，為了驗證mBDP-PyBr納米顆粒（NPs）的體內(nèi)靶向性和抗腫瘤效果。研究者通過4T1荷瘤小鼠模型，評估NPs的腫瘤富集能力與光動力治療的療效。實驗過程分為體內(nèi)熒光成像和療效評估兩部分：首先，NPs經(jīng)靜脈注射后，使用廣州博鷺騰生物科技有限公司AniView多模式動物活體成像系統(tǒng)觀察0-8小時內(nèi)藥物在小鼠體內(nèi)的動態(tài)分布；隨后，將荷瘤小鼠分為四組（生理鹽水組、Ce6 + 光照組、NPs無光照組、NPs + 光照組），單次給藥后測定15天內(nèi)腫瘤體積與體重變化，并對主要器官進行組織學分析。實驗結(jié)果顯示（圖1a），NPs注入2小時后開始靶向富集于腫瘤部位，6小時達到峰值，且腫瘤組織熒光強度顯著高于心臟、肝、脾等器官，表明其優(yōu)異的腫瘤靶向性。治療效果層面（圖1c-f），NPs + 光照組的腫瘤體積抑制率超過90%，平均重量（0.12 g）顯著小于對照組（生理鹽水組0.65 g）。此外H&E染色顯示腫瘤細胞大面積壞死，且未發(fā)現(xiàn)主要器官損傷，證實其高效低毒特性。
論文鏈接：
http://doi.org/10.1002/adfm.202414542
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