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目前，光動力療法(PDT)臨床治療過程中存在光敏劑吸收光組織穿透性淺、氧依賴性強和光敏劑穩定性差等問題。為了解決以上問題，我?；瘜W與分子工程學院上海市功能材料化學重點實驗室張偉安教授課題組通過對五氟苯基卟啉進行還原，得到具有類似天然細菌葉綠素結構且在近紅外區有較強吸收的五氟苯基菌綠素（FBC）。相對于傳統臨床使用的光敏劑（如替莫泊芬，FOSCAN），FBC表現出如下優勢（如圖1所示）：FBC光敏劑最大吸收波長位于750nm，有效地解決了傳統光敏劑的吸收光波長短而造成的激發光組織穿透性淺的問題，尤其對于光動力療法在深部腫瘤治療中的應用具有重要的意義；FBC不僅可以產生單線態氧（II型PDT），也可以產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光敏劑具有優異的環境穩定性，從而大大方便了藥物的運輸和儲存；FBC光敏劑合成工藝簡單，解決了傳統光敏劑從自然界提取或復雜化學合成的收率低、成本高等問題。因此，FBC作為一種新型近紅外光敏劑在光動力治療中極具臨床應用前景。該光敏劑目前已獲得了兩項中國國家發明專利授權（ZL-201810559084.0；ZL-201910075641.6）。

圖1.近紅外FBC光敏劑的結構式及其優異的性能

為了更好地驗證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，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胞實驗以及體內動物實驗均取得了良好的光動力治療效果。該研究成果以“An ultra-stable bio-inspired bacteriochlorin analogue for hypoxia-tolerant photodynamic therapy”為題，發表《化學科學》 (Chemical Science, 2021, 12, 1295-1301）上。為了克服腫瘤乏氧對PDT的影響，該研究團隊將FBC與含碘聚合物結合，發展了一種不依賴氧的自由基納米發生器。在近紅外光激發下，該納米發生器既通過將能量轉移到氧產生ROS，也可通過將電子轉移到碘聚合物上誘發有毒的碘自由基的形成，進而提高PDT對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《化學科學》 (Chemical Science, 2021, 12, 9500-9505)上發表。

此外，近年來的研究發現了近紅外光在穿透皮膚和脂肪等生物組織作用時，發生的散射和被吸收的現象較少，同時在近紅外區域，來自于生物體內的自發熒光也極低，因此，近紅外區域內的熒光成像在活體動物研究，尤其近紅外第二窗口（NIR-II）內的光子對生物組織具有較高的穿透深度和信噪比，表現出的應用受到極大的應用前景。然而目前常用的NIR-II有機熒光探針通過結構修飾很難實現最大吸收波長和發射波長之間較大的紅移，進而無法達到高分辨生物活體成像的效果。針對以上問題，張偉安教授課題組與復旦大學張凡教授課題組合作，基于稀土鉺離子與FBC配位作用，開發了一種發射波長位于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射出明亮的近紅外熒光，而且其斯托克斯位移值高達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結構，以及實時顯現胃腸道消化和血液循環系統的代謝活動。利用新型探針標記了小鼠體內的癌細胞，得以實現在小鼠腦部以無創傷的方式清晰地觀察到癌細胞的運動、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，活體水平的細胞研究提供了新的研究平臺。該研究成果以“A hybrid erbium(III)–bacteriochlorin near-infrared probe for multiplexed biomedical imaging”為題，在線發表在國際權威學術期刊《自然材料》(Nature Materials, 2021, 20, 1571-1578)上。

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

張偉安教授課題組長期致力于功能高分子的構建和應用研究，近年來課題組針對光動力治療中起關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，結合高分子材料精準設計的工作基礎，在新型光敏劑的設計和應用方面開展了系統性創新工作。研究工作相繼發表在Nature Materials, Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, CCS Chemistry, Biomaterials, Macromolecules和Biomacromolecules等期刊上，同時受邀在Progress in Polymer Science，Coordination Chemistry Reviews以及《高分子學報》撰寫綜述或專論。

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。