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系间窜越增强和激发态寿命延长的花菁染料用于光动力疗法抗肿瘤转移

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肿瘤光动力治疗由于其具有时空靶向性、非入侵性、可重复应用和不具耐受性等优点是继化疗、放疗和手术治疗后的第四种癌症治疗手段。光敏剂作为光动力治疗中最重要的组分,关于其设计与开发一直是研究者优化光动力治疗效果的直接突破口。目前大多数光敏剂依赖重原子的参与,然而暗毒性大、稳定性差以及缩短的三重态寿命等缺点大大降低了该类光敏剂的实际应用潜能。虽然一些已报道的无重原子光敏剂能够解决上述问题,但较短的激发波长,弱的光子捕获能力以及强疏水性限制了其向临床转化的应用。

基于此背景,精细化工国家重点实验室樊江莉教授团队与新加坡科技设计大学刘晓刚副教授合作,以五甲川花菁染料作为光敏剂设计母体,通过在其meso位置引入不同供电子能力以及空间位阻的平面刚性官能团,调控其在激发态的性质。理论计算与实验数据表明,通过在meso位置引入大空间位阻的电子供体,能够增加旋轨耦合和降低单、三重态能隙以提升系间窜越效率,同时还能抑制花菁染料本身的构想异构以延长其激发态寿命。9-甲氧基蒽取代的花菁光敏剂(ANOMe-Cy5)在保证拥有花菁光敏剂本身的近红外光区大摩尔消光系数、良好的溶解性和天然的肿瘤、线粒体靶向性质的同时,拥有相对于参比五甲川菁染料提升的单线态氧量子产率(4.48倍)、延长的三重态寿命(9.8倍)和未衰减的荧光发射。在细胞光动力治疗评估中,该光敏剂对常氧和低氧癌细胞均表现出优异的抗癌效果,并最终在肿瘤活体治疗模型中,实现肿瘤的光消融和成功抑制肿瘤肺转移。

这项研究为未来开发高效近红外光疗用光敏剂提供了具有指导性的分子设计策略。该工作发表在Journal of the American Chemical Society, 2021. doi.org/10.1021/jacs.1c06275.

该论文的第一作者为大连理工大学博士生赵学泽,通讯作者为大连理工大学樊江莉教授和新加坡科技设计大学刘晓刚副教授。大连理工大学为论文的第一通讯单位。



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