Advanced Functional Materials:基于空间位阻效应设计近红外II区光敏剂用于影像指导的癌症光动力治疗

癌症光动力治疗是一种利用光敏剂和激光,选择性地杀灭癌细胞的治疗方法,在中、美、日等国家已经获得临床批准。它是通过富集于肿瘤部位的光敏剂在激光的照射下产生单线态氧,杀死肿瘤的局部疗法,具有创伤小、副作用低、安全性高的优点。同时,借助于光敏剂分子本身发射荧光的性质,可帮助外科医生手术时界定肿瘤边缘并发现肉眼不可见的微小肿瘤灶,指导肿瘤的精准切除,并可在术后对于残余肿瘤细胞进行光动力治疗,提高治疗效果。这种荧光影像术中导航手术结合光动力治疗的方法已在脑胶质瘤、胃癌等治疗中取得了很好的临床治疗效果。

目前临床使用的光敏剂发射小于750 nm波长的可见光,这一波段的光容易被组织吸收,因此观察深度不深,且受正常组织的干扰大。近年来的研究发现,当光波长达到1000-1700 nm,即近红外II区时,其被组织吸收和干扰明显减弱。因此,近红外II区荧光影像能够更深、更准确地观察肿瘤。为了使光敏剂分子发射更长波长的荧光,现有的设计策略是基于电子供体(D)和电子受体(A)构建共轭的D-A结构光敏剂,其发射波长达到820 nm。然而,如何设计能够发射1000 nm及更长波长的光敏剂分子是药学研究领域的难点。这是因为如果进一步增强电子供体或受体的能力,虽然进一步延长了荧光发射波长,但会极大地降低激发态的能量,而过低的激发态能量不足以产生单线态氧。因此,D-A型分子在光动力和近红外II区荧光这两方面性质上面临鱼和熊掌不可兼得的窘境。

复旦大学药学院陆伟教授课题组、上海交通大学医学院肖泽宇教授课题组和国家药物制剂工程研究中心王浩研究员提出了基于空间位阻效应的D-A型近红外II区光敏剂分子设计策略。通过在分子中引入位阻基团,使得分子内D和A单元之间的角度增加,就如同一张纸被折叠起来。原先平面的分子在水中产生复杂扭曲的构象,这样的设计可使光敏剂分子的发射波长从800 nm延长至1000 nm。将该光敏剂分子制备成白蛋白纳米制剂,可对原位结肠癌和胰腺癌小鼠模型实现近红外II区荧光影像指导下的肿瘤光动力治疗,完全治愈模型小鼠。研究者相信,基于空间位阻的设计策略将会为近红外II区光敏剂的研发开辟新的设计思路。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202008356)上。