具有超过800 nm荧光发射的聚集诱导发光光敏剂在光动力治疗中的应用

来源：高分子科学前沿

光动力治疗(photodynamic therapy, PDT)是近年来新兴的一种癌症治疗方法。当用特定波长的光照射肿瘤部位时，聚集在肿瘤组织的光敏剂将被激发至激发态，随后会将能量传递给周围的氧气，生成活性很强的单线态氧。单线态氧能与附近的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性进而杀伤肿瘤细胞。与肿瘤的传统疗法相比，光动力治疗的优势在于其非侵入性，因而副作用较小。

完美的光敏剂是实现光动力治疗的关键因素之一，其需要满足以下的几点要求：光照下高效的单线态氧产生效率用于光动力治疗，近红外发射用于荧光成像，长波长处具有强吸收以用于提高穿透深度，尽可能低的暗毒性以降低治疗过程中的副作用。传统的光敏剂(如卟啉类化合物，BODIPY类化合物等等)虽然在单分子状态下具有良好的近红外发射和单线态氧产生效率，但其在水中会产生聚集，导致发光亮度和单线态氧产生效率的降低。针对这一问题，从2014年开始，新加坡国立大学刘斌教授课题组开始研制具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)效应的光敏剂。刘教授的研究结果表明，AIE光敏剂在水中依然可以保持较高的单线态氧产生效率和荧光量子产率。最近的研究也证明精心设计的AIE光敏剂纳米颗粒通常具有良好的生物相容性和较低的暗毒性。然而，目前已知的AIE光敏剂也存在一些不足。通常来说，AIE光敏剂的吸收峰通常在300-500 nm之间，发射峰通常在600-700 nm之间。相对较蓝的吸收和发射也是AIE光敏剂目前最需要改进的问题。

图1 TPETPAQ和TPETPAQ NPs的制备过程 (图片来源：Adv. Funct. Mater. 2019, 1901791)

基于前期的研究基础，刘斌教授课题组最近提出了联合受体的概念，并通过此设计了具有近红外发射的光敏剂TBT。随后，又在TBT上引入了两条枝状的侧链制备了TBTC8 (图1)，以改善TBT容易形成H聚集体的不足。使用两亲性聚合物DSPE-PEG2000作为聚合物基质，他们进一步制备了具有良好生物相容性的TBTC8纳米颗粒。该纳米颗粒具有从300至750 nm的吸收光谱，可覆盖整个可见光区，且其在550 nm处的吸光度可达2.51×104 L mol-1cm-1；同时，其还具有发射峰在810 nm的近红外发射。白光照射下，TBTC8 纳米颗粒可将周围的氧气高效地转化为单线态氧，其效率可达到常用的光敏剂Ce6的1.73倍。

以4T-1乳腺癌细胞作为模型，他们分别在细胞层面上和小鼠体内验证了这种纳米颗粒在荧光成像引导光动力治疗的效果(图2)。结果表明，在同等条件下，TBTC8纳米颗粒的光动力治疗效果要优于通常所使用的光敏剂Ce6的效果。同时，TBTC8纳米颗粒的暗毒性在小鼠上可忽略不计。

图2 TBTC8 纳米颗粒在小鼠体内的肿瘤成像和光动力治疗效果 (图片来源：Adv. Funct. Mater. 2019, 1901791)

总的来说，TBTC8纳米颗粒具有非常宽的吸收和较大的吸光度、良好的近红外发射和单线态氧产生效率，而且其生物兼容性好、暗毒性低至可以忽略。这些优势使其在肿瘤的光动力治疗中具有潜在的实际应用价值。

论文原文于2019年8月发表于《先进功能材料》(Wenbo Wu, Duo Mao, Shidang Xu, Majid Panahandeh-Fard, Yukun Duan, Fang Hu, DelingKong and Bin Liu*, “Precise Molecular Engineering of Photosensitizers with Aggregation-Induced Emission over 800 nm for Photodynamic Therapy”, Adv. Funct. Mater. 2019, 1901791)。论文的第一作者为武文博博士，通讯作者为刘斌教授。