中國科大在增強活體腫瘤的光熱治療效果方面取得新進展

分子內和分子間同時熒光猝滅增強染料光熱性能

發稿時間:2019-11-25瀏覽次數:10

2019年11月20日,國際著名學術期刊《先進功能材料》在線發表了中國科學技術大學化學與材料科學學院梁高林教授課題組、江俊教授課題組、張群教授課題組,以及安徽師范大學化學與材料科學院王廣鳳教授課題組的合作研究成果,文章標題為“Increasing Photothermal Efficacy by Simultaneous Intra- and Intermolecular Fluorescence Quenching”。該文章報導了一種有機小分子染料在細胞內同時發生分子內和分子間熒光猝滅的“智能”策略,在增強活體腫瘤的光熱治療效果方面取得了重要進展(Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201908073 )。

光熱療法(PTT)由于其非侵入性、時空控制精確、特異性強、腫瘤破壞效率高等優點,已成為腫瘤治療領域的研究熱點,有望用于臨床上多種癌癥的治療。高效率光熱試劑(PTA)的設計與合成是癌癥光熱治療成功的關鍵。近年來,采用原位自組裝誘導PTA的熒光猝滅(即分子間熒光猝滅)提高其光熱效率已被證明是增強腫瘤PTT的有效策略。但迄今為止,利用PTA同時發生分子內和分子間熒光猝滅來增加其光熱效能的研究尚未見報道。梁高林教授基于本課題組特色的CBT-Cys點擊縮合反應,合理設計并合成了有機小分子染料Biotin-Cystamine-Cys-Lys(Cypate)-CBT (1)。1可特異性識別生物素受體高表達的癌細胞,當1被癌細胞攝取后,其會被細胞內大量存在的GSH還原,隨后發生CBT-Cys點擊縮合反應形成二聚體。由于距離的拉近,二聚體中的兩個染料分子會發生熒光共振能量轉移(FRET)使其熒光發生猝滅 (分子內熒光猝滅)。隨后,二聚體將原位自組裝形成納米粒子,染料分子之間會發生分子間電荷轉移,從而熒光猝滅進一步增強。在激光照射下,這種分子內和分子間的熒光猝滅可增強染料的非輻射激發過程,從而增加了染料的熱轉化效率,增加其對癌細胞和腫瘤的光熱治療效果(見下圖)。在與江俊教授、張群教授以及王廣鳳教授合作下,理論計算和實驗都成功驗證了這一“智能”策略。染料分子的產熱能力、光熱轉化效率、以及光穩定性明顯優于單一的染料分子間(或分子內)的熒光猝滅策略。利用這一“智能”策略,他們成功實現了對活體腫瘤的光熱治療效果的大大增強。該策略為增強小分子光熱轉換效率提供了一種可行且可靠的手段,也為它們的臨床轉化提供了保障。更重要的是,通過用其他靶向配體取代1中的Biotin,這種“智能”策略有望用于其它疾病的光熱治療。


  



該論文的第一作者為中國科學技術大學化學與材料科學學院博士生杜蔚。王廣鳳教授、江俊教授和梁高林教授為共同通訊作者。

該項目研究得到國家重點研發計劃、國家杰出青年科學基金以及創新研究群體項目的資助。


(化學與材料科學學院、科研部)


附文章鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201908073


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