Angew. Chem.:荧光染料组装强化新策略:精准光控单线态氧敏化

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在限域环境中精准调控分子运动和相互作用仍面临极大挑战。以疏水作用力驱动的组装方式是构筑纳米体系最为广泛的手段(疏水分子自组装、嵌段共聚物包裹等)。然而,这类纳米体系的疏水、致密内部微环境使得难以对其成份实现分子行为精准操控。华东理工大学郭志前教授、燕宸旭特聘副研究员研究团队开发了基于荧光染料聚电解质组装强化策略(前期研究:Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 202218983):聚电解质组装中驱动力主要为金属配位作用和电荷相互作用,与通过疏水作用力形成的组装体不同,其能够形成 “柔性、亲水”的特殊内部微环境,为突破解决荧光染料、磁共振成像试剂、光疗试剂等在成像和治疗应用中面临的亲疏水动态精确调控难题提供了一种普适性策略。

目前,光动力治疗卟啉及其衍生物的已开展临床医学中应用。然而,其面临两个关键挑战:卟啉染料具有较大共轭结构、易π-π堆积,显著降低其单线态氧敏化效率;卟啉染料的吸收光谱覆盖紫外-可见光区,易于被太阳光或室内光源非特异性激活产生单线态氧,往往“无差别地”对正常组织造成光毒性。针对“效率低和非特异光毒性”两大挑战,如何构建兼具高效光敏化效率和时空可控的诊疗体系具有重要研究意义。

卟啉及其衍生物已在临床医学中广泛应用于光动力治疗中,但仍面临“效率低和非特异光毒性”两个关键挑战:卟啉本身具有较大共轭结构容易导致π-π堆积,显著降低其单线态氧的敏化效率;卟啉染料的吸收光谱覆盖紫外-可见光区,易于被太阳光或室内光源非特异性激活产生单线态氧,往往“无差别地”对正常组织造成光毒性,在临床应用中面临诸多制约。针对“效率低和非特异光毒性”的挑战,发展构建兼具高效光敏化效率和时空可控的诊疗体系是当前该领域亟待解决的重要研究课题。

近日,郭志前研究团队报道了面向精准光动力治疗的聚电解质组装强化新策略(PPN)(图1),通过构筑独特的“限域隔离”内部微环境,利用光控精准控制单线态氧敏化,有效解决光动力治疗中“效率低和非特异光毒性”的瓶颈问题。



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图1. 荧光染料-聚电解质组装策略构建纳米诊疗探针:精准控制单线态氧敏化

1、光敏化效率显著提升:独特的“限域隔离”内部微环境有效抑制染料π-π堆积,显著提升单线态氧敏化效率达123倍(图2);

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图2. 基于聚电解质组装显著提升荧光强度与光敏化效率(123倍)

2、染料间相互作用强化:实现卟啉与光控能量受体之间高效的能量共振转移(效率达91.5%,图3)。

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图3.光控实现高效能量共振转移(91.5%),精准调控单线态氧敏化效率

3、单线态氧光精准可控:将传统可见光“宽光谱非特异激活”转变为长波长635 nm的特异性精确激活(图4)。在光动力治疗的“前、中、后”三个阶段,实现对单线态氧“猝灭-开启-静默”的远程精准可控。

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图4. 基于光控单线态氧敏化实现精准治疗

该工作主要由华东理工大学姚永康博士(现为上海交通大学仁济医院博士后)在燕宸旭特聘副研究员和郭志前教授指导下完成,得到华东理工大学朱为宏院士、上海交通大学樊春海院士、仁济医院核医学科刘建军教授、华东理工大学王俊有教授和上海师范大学陈尚军副教授的大力支持。

文信息

Photo-Triggered Fluorescence Polyelectrolyte Nanoassemblies: Manipulate and Boost Singlet Oxygen in Photodynamic Therapy

Dr. Yongkang Yao, Dr. Shangjun Chen, Dr. Chenxu Yan, Prof. Dr. Junyou Wang, Prof. Dr. Jianjun Liu, Prof. Dr. Wei-Hong Zhu, Prof. Dr. Chunhai Fan,  Prof. Dr. Zhiqian Guo


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202416963


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