大连理工大学宋锋玲教授《JACS》：给肿瘤细胞按一个“电子泵”增强光动力治疗 效果 | 前沿用户报道

小时候在农村，看到田里灌溉使用的水泵，就会赞叹，农民终于不用再使用扁担，一桶一桶挑水来浇地了。泵，不仅节省了人力，更最主要是能将水塘里的水源源不断地供给秧苗享用。惊叹之余，也会好奇：为什么经过“它”，水就可以从低洼的水塘流向高处的庄稼地？

最近，大连理工大学宋锋玲教授课题组在《Journal of the American Chemical Society》上面发表了题为“Integration of TADF Photosensitizer as “Electron Pump” and BSA as “Electron Reservoir” for Boosting Type I Photodynamic Therapy”的文章（DOI: 10.1021/jacs.3c01042）。

该文作者思考：Type I型光敏化过程是否也可以通过一个类似的泵，来加速电子转移，从而增强光动力治 疗 效果？基于对Type I型光敏化机制中电子转移热力学问题的研究，该文作者充分利用热激活延迟荧光性质（TADF）光敏剂独有的激发态得电子能力，同时与牛血清蛋白（BSA）的富电子特性，巧妙地结合于一体，共同加速光敏剂的电子转移能力，提出了增强肿瘤光动力治 疗 效果的新策略。

Type I 型光敏剂因其对氧气比较低的依赖性，可以解决 Type II 型光敏剂因实体肿瘤乏氧带来的预后不良的问题，逐渐成为光动力治 疗领域的研究热点。Type I 型光动力治 疗机制的核心是光敏剂的电子转移能力。这个能力包括两个方面，一方面是光敏剂从底物中获得电子，另一方面是光敏剂要将捕获的电子提供给 O2 ，从而形成活性氧超氧阴离子自由基（O2•−）。然而，大多数现有的光敏剂只能单独满足其中一个方面的能力。

在本文中，作者详细探讨了一种 TADF 光敏剂PS在I型光敏化过程中的电子转移能力。由于单线激发态 S1 和三重激发态 T1 之间比较小的能极差，因此这个 TADF 光敏剂 PS 具有较大的光激发能量（ET）。在热力学上 PS 表现出类似水泵的“电子泵”的特殊电子转移能力，因为它激发态下的还原电位足够高（正），可以从底物中获得电子，并且在基态条件下还原电位也足够低（负），将电子转移到 O2 形成 O2•−。此外，我们选择了牛血清白蛋白（BSA）作为“电子储存库”，与“电子泵” PS 完 美配合。BSA不仅具有优良生物相容性和肿瘤靶向富集的优点，同时其富电子氨基酸结构组成可以作为电子的有效来源。同时 PS 和BSA 的紧密结合作用也有利于分子间的电子传递过程。实验表明，PS/BSA 复合物可显著促进I型 PDT 过程生成大量超氧阴离子（O2•−），并且，通过分子对接模拟、瞬态光谱、电化学进一步仔细地揭示了潜在的敏化机制。

随后，我们通过制备纳米光敏剂 PS@BSA ，将 BSA 和 PS 的这些电子转移增强作用整合到一个纳米粒子系统中。证实了其在体外肿瘤细胞中增强的 PDT 杀伤效果，特别是在缺氧条件下依然可以发挥很好的治 疗 效果。小鼠体内肿瘤模型同样验证了PS@BSA 在肿瘤区域的优异富集和高效的 PDT 效率。这些结果有力证实了我们提出的这种新型 Type I 型光敏剂系统对乏氧肿瘤的出色靶向能力和治 疗 效率。这项工作提出一种新的构建高效纳米光敏剂的有效策略，即采用 BSA 作为 TADF 光敏剂的功能载体来促进I型 PDT 过程。这项工作有望激发更多的 TADF 光敏剂发挥“电子泵”作用，开展的 Type I 型 PDT 研究。

图1 光敏剂PS 的电化学还原电势简易图示，描述Type I型光敏化过程中的电子转移过程。

图2 TADF光敏剂PS作为“电子泵”和BSA作为“电子水库”的简易示意图。

参考文献

Integration of TADF Photosensitizer as “Electron Pump” and BSA as “Electron Reservoir” for Boosting Type I Photodynamic Therapy，Wenlong Chen, Zehui Wang, Mingyu Tian, Gaobo Hong, Yingnan Wu, Mengzhang Sui, Miaomiao Chen, Jing An, Fengling Song, and Xiaojun Peng，Journal of the American Chemical Society. 

DOI: 10.1021/jacs.3c01042

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