单/双光子激发依赖成像介导光动力治疗

光动力治疗具有治疗时间短、疗效可靠和抗耐药性等优点，在肿瘤治疗领域备受关注。光疗过程的荧光介导可以辅助决定照射区域边界范围、药物剂量和照射剂量，以监测临床治疗效果，并决定最佳光照时长。一方面，强吸收弱发光的光敏剂具有能量转移性能，可以促进活性氧(ROS)的产生，光动力治疗效果明显；另一方面，荧光介导需要赋予光敏剂强发光性能。因此，单一光敏剂的光疗效果和荧光成像效果此消彼长。

在双光子激发模式下，具有强单光子荧光发射性能的双光子吸收材料，可以实现激发波长依赖的成像介导光动力治疗。对于大多数双光子吸收材料，双光子激发波长位于红外/近红外区域，接近其单光子激发波长的两倍，在其分子结构中，引入强给-吸电子结构单元，可赋予其强分子内电荷转移(ICT)，以淬灭双光子激发荧光(TPEF)，而且有助于双光子激光照射下活性氧的产生。因此，可以通过分离照射通道，调节荧光成像和光疗效果。

图1 单光子成像介导双光子光动力治疗示意图

近期，安徽大学的孔林（点击查看介绍）课题组和南京工业大学李林教授（点击查看介绍）合作，开发了一种可用于单光子荧光成像介导双光子光动力治疗的给-受体（D-A）型有机硼配合物CNFBBN。

该化合物中在O-B-N配位单元母体上引入氰基苯乙烯结构单元，赋予材料高摩尔消光系数 (ε，3.75 × 10⁵ L•cm^-1•mol^-1)、高单光子荧光量子产率 (26.5%)，同时，该分子具有π-共轭的平面结构，双光子吸收截面较大 (18035 GM)。

N,N-二乙氨基和氰基的强给-吸电子能力赋予CNFBBN强分子内电荷转移，导致双光子激发下荧光淬灭；而且，硼配位结构单元和氰基苯乙烯结构单元处旋转不同角度，分子基态和激发态的势能差异很小，说明分子易于通过非辐射跃迁过程耗散能量，所以未能检测到双光子激发荧光信号。

图2 (a-b) CNFBBN激发态势能与分子特定部位二面角函数关系的含时密度泛函计算结果，(a) 硼配位结构单元，(b)氰基苯乙烯结构单元；(c) CNFBBN二聚体的第一激发单重态(S₁)和第一激发三重态(T₁)的分子轨道能级图。

在双光子激光照射下，CNFBBN吸收的部分能量通过系间窜跃 (ISC) 转移给邻近的氧分子产生单线态氧，产率25%，因此CNFBBN共培养的HeLa细胞活性低至30%，强单光子荧光信号可用于监测双光子激光照射下的细胞凋亡过程。

图3 双光子激发不同时间，CNFBBN共培养HeLa细胞的共聚焦明场图(a)和单光子荧光成像图(b)；(c)在照射10 min内，CNFBBN的相对单光子荧光强度变化；(d)双光子照射10 min后HeLa细胞明场图，细胞损伤清晰可见。

该研究结果表明，给-受体(D-A)型有机硼配合物能够通过分离照射通道，同时实现单光子荧光成像和双光子光动力治疗，这类激发波长依赖性光敏剂为成像介导癌症治疗提供了新的思路。

相关结果发表于Chemical Communications，论文第一作者和第一通讯作者是安徽大学孔林副教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A facile strategy to realize a single/double photon excitation-dependent photosensitizer for imaging-guided phototherapy against HeLa cancer cells at separate irradiation channels

Lin Kong*, Ze Huang, Shuai-Shuai Zhang, Jian Song, Yu-Yang Zhang, Xiang-Yang Bai, Jia-Xiang Yang*, Lin Li*

Chem. Commun., 2020, 56, 571-574, DOI: 10.1039/C9CC07968H

导师介绍

孔林

https://www.x-mol.com/university/faculty/8508

杨家祥

https://www.x-mol.com/university/faculty/8487

李林

https://www.x-mol.com/university/faculty/27721