黄剑东&Juyoung Yoon Angew. Chem. Int. Ed.: 酞菁自组装的纳米点作为光敏剂，用于高效I型光反应的光动力疗法

【引言】

三十多年来，光动力疗法（PDT）已成为治疗癌症和微生物感染的一种有临床应用前景的方法。在20世纪初，Von Tappeiner描述了PDT作用的基础和原理。确切地说，该方法是将光敏剂（PS）暴露于光，最好是在650-850 nm范围的光，产生短寿命的、高细胞毒性的活性氧（ROS）。产生的ROS一般由两部分组成，即包括通过I型机理产生的超氧阴离子（O₂^.-）、过氧化氢（H₂O₂）和羟基自由基（OH^.）等；以及通过II型机理产生的单线态氧（¹O₂）。 PDT具有内在的时空选择性，原因是ROS的产生仅发生在暴露于光的区域中，并且所产生的化学过程仅发生在PS周围的几十纳米内。在没有引发初始耐药反应的情况下有进行重复治疗的能力，其非侵入性和免疫反应的加强使得PDT具有很大的应用潜力。然而，由于缺乏理想的PS，PDT尚未在临床上被广泛应用。目前，现有的大多数PS分子，例如卟啉和酞菁在生理条件下通常具有水溶性较差和严重的聚集倾向，导致低效率的PDT。更重要的是，现有的大多数PS是通过或主要通过II型机理产生¹O₂起到PDT效应，这导致单一的活性机制以及严重的氧气依耐性。

【成果简介】

近日，福州大学的黄剑东教授和韩国梨花女子大学的Juyoung Yoon教授（共同通讯作者）等报道了一种新的酞菁自组装形成的纳米结构NanoPcA，其能够通过I型机理促进高效的ROS生成。早期的研究证实，与卟啉相比，锌（II）酞菁通常在光动力治疗中显示出更强的光吸收和更高效率的ROS生成。因此，锌（II）酞菁非常适用于PDT治疗。并且他们前期的研究和其他课题组的研究结果都表明，胺基的孤对电子与酞菁的大π共轭体系之间的相互作用发生光诱导电子转移（PET）导致这些PS产生的ROS猝灭，然而在胺基和酞菁的大环结构之间存在适当的间隔时，可以有效地抑制PET效应。此外，在酞菁上引入胺基是增强亲水性和靶向带负电的病原体细胞膜的一种有吸引力的策略。因此，设计了一种2, 4, 6 - 三 -（N, N-二甲基氨基甲基）苯氧基取代的不对称锌（II）酞菁(PcA)，PcA在水溶液中可以自组装形成稳定的纳米点（NanoPcA）。在近红外光照射下NanoPcA可以通过I型机理高效地生成ROS。抗菌实验结果表明NanoPcA确实具有潜在的PDT应用。研究成果以题为“Phthalocyanine-Assembled Nanodots as Photosensitizers for Highly Efficient Type I Photoreactions in Photodynamic Therapy”发布在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

【图文导读】

图一、NanoPcA 的制备和表征 

（a） PcA的分子结构及其纳米结构自组装的示意图；

（b） DLS测定NanoPcA（20 μm）在水和PBS中的尺寸分布；

（c） NanoPcA的TEM图。

图二、NanoPcA的自组装过程和稳定性 

（a） PcA加入水中，NanoPcA的尺寸变化；

（b） NanoPcA在水和PBS中不同时间点的平均尺寸大小；

（c） NanoPcA在水和PBS中的Zeta电位值；

（d） 不同浓度的NanoPcA的尺寸变化。

图三、NanoPcA的光物理和光化学性质 

（a） 荧光探针检测光照射水溶液中的NanoPcA和MB产生ROS的效率；

（b） ESR分析检测光照射水溶液中的NanoPcA和MB 产生的¹O₂的效率；

（c） 荧光探针检测光照射水溶液中的NanoPcA和MB生成的O₂^.- 的效率；

（d） NanoPcA光物理光化学反应过程的可能机理示意图；

（e-g）荧光探针检测光照射水溶液中的NanoPc、NanoPcA、NanoPcA4产生O₂^.-的效率；

图四、NanoPcA用于PDT抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的实验 

图五、NanoPcA处理大肠杆菌的底物TEM图 

【小结】

研究表明：由一种不对称酞菁组装而成的纳米结构（NanoPcA），可以通过I型机制有效地产生ROS。这种新型纳米光敏剂对常见和具有抗生素抗性的细菌菌株都显示出优异的光动力抗菌活性。NanoPcA设计理念可以扩展到其他分子组装体，用以创建具有可调节抗菌活性的光敏剂。此外，因为它是通过促进独特的I型光反应来起作用，所以这种纳米PS可能也适用于乏氧肿瘤PDT治疗。

文献链接：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组小胖纸编译。

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