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目前，光動(dòng)力療法(PDT)臨床治療過程中存在光敏劑吸收光組織穿透性淺、氧依賴性強(qiáng)和光敏劑穩(wěn)定性差等問題。為了解決以上問題，我校化學(xué)與分子工程學(xué)院上海市功能材料化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張偉安教授課題組通過對(duì)五氟苯基卟啉進(jìn)行還原，得到具有類似天然細(xì)菌葉綠素結(jié)構(gòu)且在近紅外區(qū)有較強(qiáng)吸收的五氟苯基菌綠素（FBC）。相對(duì)于傳統(tǒng)臨床使用的光敏劑（如替莫泊芬，F(xiàn)OSCAN），F(xiàn)BC表現(xiàn)出如下優(yōu)勢(shì)（如圖1所示）：FBC光敏劑最大吸收波長位于750nm，有效地解決了傳統(tǒng)光敏劑的吸收光波長短而造成的激發(fā)光組織穿透性淺的問題，尤其對(duì)于光動(dòng)力療法在深部腫瘤治療中的應(yīng)用具有重要的意義；FBC不僅可以產(chǎn)生單線態(tài)氧（II型PDT），也可以產(chǎn)生大量超氧陰離子和羥基自由基（I型PDT），緩解了腫瘤乏氧造成的PDT效果差的問題；由于全氟苯基的引入使得FBC光敏劑具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，從而大大方便了藥物的運(yùn)輸和儲(chǔ)存；FBC光敏劑合成工藝簡單，解決了傳統(tǒng)光敏劑從自然界提取或復(fù)雜化學(xué)合成的收率低、成本高等問題。因此，F(xiàn)BC作為一種新型近紅外光敏劑在光動(dòng)力治療中極具臨床應(yīng)用前景。該光敏劑目前已獲得了兩項(xiàng)中國國家發(fā)明專利授權(quán)（ZL-201810559084.0；ZL-201910075641.6）。

圖1.近紅外FBC光敏劑的結(jié)構(gòu)式及其優(yōu)異的性能

為了更好地驗(yàn)證FBC的PDT效果，該課題組通過FBC與巰基封端聚乙烯醇（SH-PEG-SH）反應(yīng)，制備了具有生物相容性的FBC納米凝膠。該納米凝膠在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)以及體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均取得了良好的光動(dòng)力治療效果。該研究成果以“An ultra-stable bio-inspired bacteriochlorin analogue for hypoxia-tolerant photodynamic therapy”為題，發(fā)表《化學(xué)科學(xué)》 (Chemical Science, 2021, 12, 1295-1301）上。為了克服腫瘤乏氧對(duì)PDT的影響，該研究團(tuán)隊(duì)將FBC與含碘聚合物結(jié)合，發(fā)展了一種不依賴氧的自由基納米發(fā)生器。在近紅外光激發(fā)下，該納米發(fā)生器既通過將能量轉(zhuǎn)移到氧產(chǎn)生ROS，也可通過將電子轉(zhuǎn)移到碘聚合物上誘發(fā)有毒的碘自由基的形成，進(jìn)而提高PDT對(duì)乏氧腫瘤治療的效果。該研究成果以“Boosting cancer therapy efficiency via photoinduced radical production”為題，在《化學(xué)科學(xué)》 (Chemical Science, 2021, 12, 9500-9505)上發(fā)表。

此外，近年來的研究發(fā)現(xiàn)了近紅外光在穿透皮膚和脂肪等生物組織作用時(shí)，發(fā)生的散射和被吸收的現(xiàn)象較少，同時(shí)在近紅外區(qū)域，來自于生物體內(nèi)的自發(fā)熒光也極低，因此，近紅外區(qū)域內(nèi)的熒光成像在活體動(dòng)物研究，尤其近紅外第二窗口（NIR-II）內(nèi)的光子對(duì)生物組織具有較高的穿透深度和信噪比，表現(xiàn)出的應(yīng)用受到極大的應(yīng)用前景。然而目前常用的NIR-II有機(jī)熒光探針通過結(jié)構(gòu)修飾很難實(shí)現(xiàn)最大吸收波長和發(fā)射波長之間較大的紅移，進(jìn)而無法達(dá)到高分辨生物活體成像的效果。針對(duì)以上問題，張偉安教授課題組與復(fù)旦大學(xué)張凡教授課題組合作，基于稀土鉺離子與FBC配位作用，開發(fā)了一種發(fā)射波長位于1532nm的新型近紅外熒光探針體系，該NIR-II探針不僅在水相中發(fā)射出明亮的近紅外熒光，而且其斯托克斯位移值高達(dá)760nm（圖2a，2b）。探針可以清晰地分辨出小鼠血管和淋巴管的精細(xì)結(jié)構(gòu)，以及實(shí)時(shí)顯現(xiàn)胃腸道消化和血液循環(huán)系統(tǒng)的代謝活動(dòng)。利用新型探針標(biāo)記了小鼠體內(nèi)的癌細(xì)胞，得以實(shí)現(xiàn)在小鼠腦部以無創(chuàng)傷的方式清晰地觀察到癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、遷移、以及在血管壁上駐扎等過程（圖2c-2e）。因此該探針為生物組織高分辨成像，活體水平的細(xì)胞研究提供了新的研究平臺(tái)。該研究成果以“A hybrid erbium(III)–bacteriochlorin near-infrared probe for multiplexed biomedical imaging”為題，在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然材料》(Nature Materials, 2021, 20, 1571-1578)上。

圖2.NIR-II熒光探針Er-FBC的結(jié)構(gòu)式(a)，吸收和發(fā)射光譜圖(b)，小鼠血管和淋巴管結(jié)構(gòu)的高分辨率成像(c)，癌細(xì)胞在小鼠腦部轉(zhuǎn)移的可視化觀察(d,e)

張偉安教授課題組長期致力于功能高分子的構(gòu)建和應(yīng)用研究，近年來課題組針對(duì)光動(dòng)力治療中起關(guān)鍵作用的光敏劑遞送效率低、聚集失活以及吸收光波長短等問題，結(jié)合高分子材料精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的工作基礎(chǔ)，在新型光敏劑的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面開展了系統(tǒng)性創(chuàng)新工作。研究工作相繼發(fā)表在Nature Materials, Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, CCS Chemistry, Biomaterials, Macromolecules和Biomacromolecules等期刊上，同時(shí)受邀在Progress in Polymer Science，Coordination Chemistry Reviews以及《高分子學(xué)報(bào)》撰寫綜述或?qū)Ｕ摗?/span>

原文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/SC/D0SC05525E；

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/sc/d1sc01220g；

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01063-7。