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近日，北京师范大学化学学院杨清正教授课题组研究成果以“A host–guest strategy for converting the photodynamic agents from a singlet oxygen generator to a superoxide radical generator†”为题，发表于英国皇家化学会旗舰刊Chemical Science。  光动力治疗（PDT）是近年来备受关注的肿瘤治疗策略，其利用光敏药物在特定波长照射下，敏化分子氧生成活性氧来杀灭肿瘤细胞，具有治疗副作用小、选择性高和几乎没有耐药性等优点。目前，文献报道的光敏剂大多是通过能量传递生成单线态氧（1O2）的II型光敏剂，对氧浓度具有高度的依赖性，而肿瘤的乏氧微环境中会严重影响其 PDT 的疗效。与之不同，研究表明通过电子或质子转移生成活性氧的I型光敏剂对氧气依赖性低，即使在乏氧条件下仍然可以高效的杀灭肿瘤细胞，在光动力治疗中展现出了显著优势。 由于能量传递和电子转移是竞争的过程，绝大多数光敏剂的激发态容易通过能量传递途径失活，如何调控光敏剂的激发态的能量传递和电子转移仍极具挑战。北京师范大学杨清正课题组前期发展了一类基于 BODIPY 的 I 型光敏剂，通过合理的分子设计，降低光敏剂的激发三重态能级，使其低于敏化氧气到单线态氧所需要的能量，从而阻断光敏剂和分子氧的能量传递途径，专一通过电子转移的 I 型光动力途径生成活性氧（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 19912–19920）。然而，由于光敏剂的三重激发态能量无法预测，该策略用于设计I型光敏剂仍然存在困难。如果能通过合适的策略促进激发态光敏剂分子的电子转移，则有望实现通过I型机制产生活性氧。  基于上述背景，本文提出了通过主客体作用增强电子转移的超分子策略，有效地将传统的 II 型光敏剂转变为 I 型光敏剂。以传统的可通过II型PDT机制生成单线态氧的碘代BODIPY（G）衍生物作为客体分子，富电子的双柱[5]芳烃（BP5A）作为大环主体和电子给体，制备了超分子聚合物光敏剂（HG）。主客体相互作用拉近了BODIPY 与柱芳烃的距离，从而增强了柱芳烃到 BODIPY 的电子转移，进一步和分子氧作用通过 I 型机制生成 O2−· （图 1），即使在乏氧条件下，也可以有效杀灭肿瘤细胞。利用主客体作用成功地将II型光敏剂转换为I型光敏剂，实现了对I型机制和II型机制的有效调控。 客体分子G和大环主体分子BP5A形成的超分子聚合物通过微乳法制备得到的超分子光敏剂具有均匀稳定的形貌，优异的稳定性。选用ABDA和DHE分别作为单线态氧和超氧阴离子自由基的专一指示剂对体系生成的活性氧进行了表征，证实了组装以后的超分子光敏剂可以有效敏化分子氧生成超氧阴离子自由基，而未组装的光敏剂单体只能生成单线态氧而不能生成超氧阴离子自由基。利用自由基捕获剂BMPO结合顺磁共振检测到了超氧阴离子自由基加成后的特征信号峰，进一步证实了超氧阴离子自由基的生成。上述结果表明通过主客体组装的策略，可以有效地将生成单线态氧的II型光敏剂转变为生成超氧阴离子自由基的I型光敏剂。  从主体分子BP5A到客体分子G的光诱导电子转移是HG通过I型光动力机制生成超氧阴离子自由基的决定性步骤。本文利用循环伏安法测定了电子给体和电子受体的氧化电位，进一步结合它们的吸收光谱，计算得到它们的HOMO能级和LUMO能级，通过能级分析表明，当化合物G被光激发后，BP5A HOMO轨道上的电子可以转移到G*的 HOMO轨道生成G−·，然后再将电子转移到 O2 生成 O2−·。进一步的细胞实验研究表明，该超分子光敏剂即使在乏氧条件下，也可以有效生成超氧阴离子自由基，表现出良好的细胞毒性。  综上所述，本文提出的主客体对电子转移增强的超分子策略，成功地将已知的II型光敏剂转变为I型光敏剂。这种简单、高效、通用的策略，为开发高效的I型光敏剂提供了新思路。  目前，北京师范大学化学学院设有化学博士后科研流动站，化学全部5个二级学科博士学位和硕士学位授权点，是世界银行、“211工程”、“985工程”等项目重点建设单位。学院科研实力雄厚，学院教师曾获国家科技进步二等奖、973计划项目、863计划项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目和杰出青年超过6千余万元，每年都有一批高质量论文在国际、国内著名学术期刊发表。 延伸阅读：  杨清正，2003年毕业于中国科学院理化技术研究所，获理学博士学位；2003-2005年法国路易斯巴斯德大学化学系博士后；2005-2009年美国伊利诺伊大学香槟分校化学系博士后、Research Scientist。2014年起任北京师范大学化学学院教授、博士生导师，长期从事超分子光化学研究，在国际知名刊物如Nat. Nanotechnol.、Angew. Chem. In. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、Chem. Soc. Rev.及Chem. Rev.等发表论文多篇。 更多精彩资讯，欢迎关注头条号：北京师范大学招生办 注：文章部分素材来自RSC英国皇家化学会 |
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