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圖1. 4TPA-BQ用于時間依賴性光動力治療示意圖（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

近年來，光動力治療(PDT)已成為對抗病原菌的一種有前途的方法，同時也是治療癌癥的一種強有力的臨床方案。PDT利用光敏劑(PS)使得內(nèi)源性分子氧在光照下產(chǎn)生破壞性單線態(tài)氧或其它活性氧(ROS)。因此，結(jié)合PS和光照射的優(yōu)點，PDT與傳統(tǒng)治療方式相比具有非侵襲性、無耐藥性、低細胞毒性、選擇性靶向、時空精確性和協(xié)同效應等顯著優(yōu)勢。熒光引導PDT (FL-PDT)以其獨特的實時監(jiān)測優(yōu)勢在PDT研究領域取得了重要進展，受到了越來越多的關注。PS是FL-PDT的關鍵成分，對治療效果起著決定性的作用。然而，大多數(shù)傳統(tǒng)的有機PS在生物系統(tǒng)中都遇到了聚集熒光淬滅(ACQ)的問題，導致熒光弱和ROS生成率低。幸運的是，聚合誘導發(fā)射(AIE)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)提供了一個方便的解決方案。與ACQ發(fā)光體不同，AIE發(fā)光材料在稀溶液中發(fā)射能力較弱。但是，由于分子內(nèi)運動(RIM)的限制機制，它們在聚集狀態(tài)下表現(xiàn)出較強的發(fā)射和ROS生成。因此，基于AIE的PS在PDT領域具有廣闊的應用前景。目前需要解決的問題是不改變PS的分子結(jié)構(gòu)的情況下僅微調(diào)外部環(huán)境來實現(xiàn)靶標調(diào)整。受anion-π⁺相互作用啟發(fā)，唐本忠、王建國團隊開發(fā)了一種基于AIE的PS（4TPA-BQ），實現(xiàn)了只改變單個PS外部環(huán)境就可以靶標調(diào)整。

作者以4,4'-(1,2-ethynediyl) bis[N,N-diphenylbenzenamine] 為原料，通過Sonogashira 偶聯(lián)反應一步合成4TPA-BQ。在合成4TPA-BQ之后，分析了各種溶劑對4TPA-BQ發(fā)光的影響。為了深入了解4TPA-BQ的AIE特征，作者通過緩慢蒸發(fā)得到了4TPA-BQ在氯仿/己烷混合物中的單晶。對單晶的分析結(jié)果顯示: 六氟磷酸陰離子的氟原子和帶正電的苯并喹啉核之間的anion-π⁺相互作用距離為3.063 ?，能量為-61.68 kJ/mol。這阻礙了晶體中發(fā)生π-π堆積，從而避免熒光淬滅。此外，在晶格中還發(fā)現(xiàn)了F-H相互作用的分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵，有效地限制了苯環(huán)的旋轉(zhuǎn)，從而使晶格結(jié)構(gòu)被固定。TPA基團和苯并喹啉核之間存在較大的二面角，這避免了不利于發(fā)光的π-π相互作用。以上結(jié)果表明，因此,anion-π⁺相互作用與高度扭曲的分子構(gòu)象有利于4TPA-BQ的AIE特征。

作者在論證了anion-π⁺相互作用對4TPA-BQ 的AIE性質(zhì)的影響之后，接著深入研究了4TPA-BQ產(chǎn)生單線態(tài)氧的能力。他們將N, N’-di(2,3-dihydroxypropyl)-9,10-anthracenedipropanamide (DHPA)作為單線態(tài)氧指示劑，分別測試了DHAP在單一溶液和4TPA-BQ聚集液中的紫外吸收，同時還與另外兩種已經(jīng)用于PDT的PS（Ce6和RB）對比。結(jié)果表明在4TPA-BQ溶液中，DHAP劇烈含量下降，且比在 Ce6和RB溶液中下降得多。這說明4TPA-BQ不僅可以產(chǎn)生單線態(tài)氧而且產(chǎn)生效率高。除此之外，他們還通過其他實驗進一步證明了4TPA-BQ產(chǎn)生單線態(tài)氧的能力十分優(yōu)秀。

 圖4.不同光敏劑溶液中DHAP的相對吸收及分解率（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

4TPA-BQ通過聚集誘導發(fā)光產(chǎn)生單線態(tài)氧得到證實后，作者研究了4TPA-BQ對細菌和腫瘤細胞的靶向性及清除效果。作者預想4TPA-BQ表面有正電荷，，可以通過靜電相互作用靶向到細胞和細菌。共聚焦圖像表明，4TPA-BQ對細菌有熒光信號而對正常細胞沒有信號，這證明了4TPA-BQ的靶向性。

受到靶向性的鼓舞，作者進一步研究4TPA-BQ的抗菌能力和細胞毒性。數(shù)據(jù)顯示，4TPA-BQ殺菌能力極強，對耐藥菌也有70%的清除作用，而對正常細胞幾乎沒有毒性。作者還將正常細胞和細菌一同孵育獲取共聚焦圖像，圖像進一步證明了4TPA-BQ可以區(qū)分細菌和正常細胞，并殺死細菌。在體外研究結(jié)果的基礎上，作者對4TPA-BQ在體內(nèi)的細菌清除作用進行了評價。體內(nèi)實驗成功證明4TPA-BQ在白光照射下具有良好的抗菌作用，可顯著促進創(chuàng)面愈合過程。

作者研究發(fā)現(xiàn)與正常細胞相比，在HeLa細胞中4TPA-BQ的熒光更強更明顯。通過控制4TPA-BQ與細胞的孵育時間，作者發(fā)現(xiàn)孵育12 h,4TPA-BQ可通過PDT過程清除癌細胞，對正常細胞無明顯毒性。

 圖7. 孵育12 h對腫瘤的清除情況（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

總結(jié)：唐本忠院士和內(nèi)蒙古大學王建國教授團隊開發(fā)了一種新的光敏劑。該光敏劑是基于聚集誘導發(fā)光設計的，并且通過靜電吸引與疏水效應的協(xié)同作用實現(xiàn)靶向性。首次實現(xiàn)了只改變外部條件，單個光敏劑就可對多靶標進行光動力治療。

撰稿人：犟子柳