Small Methods :I型光敏剂设计新策略:提高给电子和系间窜跃能力促进超氧自由基生成

癌症,又称恶性肿瘤,是严重影响人类生命安全的重大疾病之一,全球每年都有数以千万计的患者死于癌症。当前,癌症的发病和死亡率均呈持续上升态势,俨然已上升为一个全社会必须高度重视的公共卫生问题。手术、化疗、放疗是目前临床上应用最多的肿瘤治疗方法,然而这些传统治疗方法存在着创伤性大、副作用高、术后易转移和复发等局限性,导致患者五年生存率较低。寻找高效低毒的特异性肿瘤治疗药物、探索新型精准治疗方法是实现肿瘤早期治疗的有效途径。

光动力治疗(photodynamic therapy, PDT)是一种新兴的肿瘤治疗方法,相较于传统治疗手段,光动力疗法具有低毒性、高选择性以及低侵入性等优点。根据产生的活性氧物种(reactive oxygen species, ROS),光动力疗法可以分为类型I疗法和类型II疗法,I型途径主要通过电子转移生成超氧自由基、羟基自由基以及过氧化氢等具有细胞毒性的物种; II型机制主要通过能量传递产生单线态氧,促进细胞的坏死和凋亡。其中,II型机制是目前研究较为广泛的一种光动力疗法,主要依赖于产生的单线态氧对病变组织进行治疗。但II型光动力疗法受到氧气浓度的调控,当氧气浓度较低时,无法产生大量单线态氧,尤其是在肿瘤内部,随着II型PDT过程中氧气的快速消耗,会出现肿瘤乏氧,无法达到理想的治疗效果。相较于II型 PDT, I型 PDT是一种非氧气依赖型治疗过程,由于歧化反应及Harber-Weiss/Fenton反应,即使在严重乏氧(2% O2)情况下仍可以在肿瘤原位高效产生过氧阴离子自由基、羟基自由基等活性物种,有效杀死肿瘤细胞。因此,开发能够高效清除原发性肿瘤的I型光敏剂显得尤为迫切。

南京工业大学董晓臣教授、邵进军副教授研究团队与西南大学许志刚副教授合作,提出一种新型I型光敏剂设计策略,制备得到一种可高效产生超氧自由基的aza-BODIPY基纳米光敏剂,并研究了其乏氧肿瘤治疗性能。研究人员采用富电子的二异丙胺基官能团改善两亲性聚合物给电子能力(mPEG-PPDA),同时通过碘取代提高aza-BODIPY光敏剂分子系间窜跃能力,自组装制备得到两亲性纳米光敏剂PPIAB NPs。该纳米光敏剂具有较强的近红外吸收性能,且在660-nm激光照射下能够有效产成电荷分离态,与氧气反应产生具有细胞毒性的超氧自由基。细胞和活体实验表明,得益于歧化反应/Harber-weiss反应/芬顿反应等作用,即使在高度乏氧情况下(2% O2),PPIAB NPs仍能在细胞内产生超氧自由基并杀死肿瘤细胞,高效抑制乏氧肿瘤的生长,为合理设计I型光敏剂提供了新的思路。相关工作发表在Small Methods上(Boosting O2●- Photogeneration via Promoting Intersystem-Crossing and Electron-Donating Efficiency of Aza-BODIPY-Based Nanoplatforms for Hypoxic-Tumor Photodynamic Therapy, Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.202000013),南京工业大学博士生陈大鹏为本论文第一作者。