黃劍東&Juyoung Yoon Angew. Chem. Int. Ed.: 酞菁自組裝的納米點作為光敏劑，用于高效I型光反應的光動力療法

【引言】

三十多年來，光動力療法（PDT）已成為治療癌癥和微生物感染的一種有臨床應用前景的方法。在20世紀初，Von Tappeiner描述了PDT作用的基礎和原理。確切地說，該方法是將光敏劑（PS）暴露于光，最好是在650-850 nm范圍的光，產生短壽命的、高細胞毒性的活性氧（ROS）。產生的ROS一般由兩部分組成，即包括通過I型機理產生的超氧陰離子（O₂^.-）、過氧化氫（H₂O₂）和羥基自由基（OH^.）等；以及通過II型機理產生的單線態氧（¹O₂）。 PDT具有內在的時空選擇性，原因是ROS的產生僅發生在暴露于光的區域中，并且所產生的化學過程僅發生在PS周圍的幾十納米內。在沒有引發初始耐藥反應的情況下有進行重復治療的能力，其非侵入性和免疫反應的加強使得PDT具有很大的應用潛力。然而，由于缺乏理想的PS，PDT尚未在臨床上被廣泛應用。目前，現有的大多數PS分子，例如卟啉和酞菁在生理條件下通常具有水溶性較差和嚴重的聚集傾向，導致低效率的PDT。更重要的是，現有的大多數PS是通過或主要通過II型機理產生¹O₂起到PDT效應，這導致單一的活性機制以及嚴重的氧氣依耐性。

【成果簡介】

近日，福州大學的黃劍東教授和韓國梨花女子大學的Juyoung Yoon教授（共同通訊作者）等報道了一種新的酞菁自組裝形成的納米結構NanoPcA，其能夠通過I型機理促進高效的ROS生成。早期的研究證實，與卟啉相比，鋅（II）酞菁通常在光動力治療中顯示出更強的光吸收和更高效率的ROS生成。因此，鋅（II）酞菁非常適用于PDT治療。并且他們前期的研究和其他課題組的研究結果都表明，胺基的孤對電子與酞菁的大π共軛體系之間的相互作用發生光誘導電子轉移（PET）導致這些PS產生的ROS猝滅，然而在胺基和酞菁的大環結構之間存在適當的間隔時，可以有效地抑制PET效應。此外，在酞菁上引入胺基是增強親水性和靶向帶負電的病原體細胞膜的一種有吸引力的策略。因此，設計了一種2, 4, 6 - 三 -（N, N-二甲基氨基甲基）苯氧基取代的不對稱鋅（II）酞菁(PcA)，PcA在水溶液中可以自組裝形成穩定的納米點（NanoPcA）。在近紅外光照射下NanoPcA可以通過I型機理高效地生成ROS。抗菌實驗結果表明NanoPcA確實具有潛在的PDT應用。研究成果以題為“Phthalocyanine-Assembled Nanodots as Photosensitizers for Highly Efficient Type I Photoreactions in Photodynamic Therapy”發布在國際著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

【圖文導讀】

圖一、NanoPcA 的制備和表征?

（a） PcA的分子結構及其納米結構自組裝的示意圖；

（b） DLS測定NanoPcA（20 μm）在水和PBS中的尺寸分布；

（c） NanoPcA的TEM圖。

圖二、NanoPcA的自組裝過程和穩定性?

（a） PcA加入水中，NanoPcA的尺寸變化；

（b） NanoPcA在水和PBS中不同時間點的平均尺寸大小；

（c） NanoPcA在水和PBS中的Zeta電位值；

（d） 不同濃度的NanoPcA的尺寸變化。

圖三、NanoPcA的光物理和光化學性質?

（a） 熒光探針檢測光照射水溶液中的NanoPcA和MB產生ROS的效率；

（b） ESR分析檢測光照射水溶液中的NanoPcA和MB 產生的¹O₂的效率；

（c） 熒光探針檢測光照射水溶液中的NanoPcA和MB生成的O₂^.- 的效率；

（d） NanoPcA光物理光化學反應過程的可能機理示意圖；

（e-g）熒光探針檢測光照射水溶液中的NanoPc、NanoPcA、NanoPcA4產生O₂^.-的效率；

圖四、NanoPcA用于PDT抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的實驗?

圖五、NanoPcA處理大腸桿菌的底物TEM圖?

【小結】

研究表明：由一種不對稱酞菁組裝而成的納米結構（NanoPcA），可以通過I型機制有效地產生ROS。這種新型納米光敏劑對常見和具有抗生素抗性的細菌菌株都顯示出優異的光動力抗菌活性。NanoPcA設計理念可以擴展到其他分子組裝體，用以創建具有可調節抗菌活性的光敏劑。此外，因為它是通過促進獨特的I型光反應來起作用，所以這種納米PS可能也適用于乏氧腫瘤PDT治療。

文獻鏈接：Phthalocyanine-Assembled Nanodots as Photosensitizers for Highly Efficient Type I Photoreactions in Photodynamic Therapy（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201806551）

本文由材料人生物材料組小胖紙編譯。

材料牛網是專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu.

材料測試，數據分析，上測試谷！