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第一作者：王君君，李劲松

通讯作者：周虹屏，汪森

通讯单位：安徽大学

【全文速览】

在近红外“治疗窗口”（700-900 nm）内制备具有丰富 I/II 型 ROS 的多功能光敏剂（PSs）用于有效的治疗诊断是一项有吸引力但极具挑战性的任务。本工作报告了一种基于分子内双光子 Forster 共振能量转移 (TP-FRET) 的分子剪裁策略，获得一种新型的治疗诊断剂 ( Lyso-FRET)。由于供体荧光能量的再利用，使Lyso-FRET放大能量供体 (NH) 和受体 (COOH) 的各自优势，具有很高FRET的效率（~83%）。重要的是，在近红外窗口（840 nm）下，Lyso-FRET由于非线性光学（NLO）性质，不仅可以以更高的分辨率穿透更深的组织进行荧光成像，而且还可以产生更多的I型（超氧阴离子）和II型（单线态氧）活性氧提升肿瘤缺氧PDT的效果。体外和体内实验也验证了开发的TP-FRET PS有利于治疗深部缺氧肿瘤。该策略为先进多功能 PS 的设计和制造提供了新的见解。

【研究背景】

光动力学治疗（PDT）作为一种非侵入性的治疗方法，近年来得到了临床治疗的广泛重视。传统的过程由可见光(400 ~ 700nm)触发，然而，黑色素和血红蛋白在该区域有很强的吸收能力，阻碍了光深入组织，限制其在临床癌症治疗中的应用。到目前为止，近红外(NIR) “治疗窗口”（700 – 900 nm）的光敏剂 (PSs) 备受欢迎，研究者们在其开发上也付出了巨大努力。在我们之前的工作中，通过引入C=C键或噻吩基团来增强分子内电荷转移(ICT)，使PSs的吸光度向近红外(NIR)区域转移，并通过延长π-共轭，减小单线态和三态之间的能隙(ΔEST)，增强ROS释放。然而，这些衍生物具有高共轭，在近红外光下的生物相容性和抗漂性能较差。因此，迫切需要一种直接的方法来开发具有增强ROS释放能力的近红外窗口PSs。

【图文导读】

这种基于双光子FRET的分子裁剪策略为开发具有较深组织穿透能力、较好的亚细胞器定位能力和较高抗肿瘤乏氧能力的PDT开辟了一条简便有效的途径（图1）。

图1 基于双光子荧光共振能量转移机制的分子设计用于荧光成像引导光动力学治疗的原理示意图

ROS（1O2和O2−•）测试表明：由于FRET荧光能量的再利用，相较于FRET能量给体NH和受体COOH，Lyso-FRET在LED灯和840nm激光照射下均可以产生更强的（1O2和O2−•）（图2）。

图2 白光和双光子激光（840 nm）下ROS（1O2和O2−•）产生能力

细胞、组织及活体成像表明：Lyso-FRET具有更好的溶酶体靶向能力，可以增强光动力学治疗的效果。此外，组织双光子荧光成像展现出更深的组织穿透性，为肿瘤深度治疗提供前提条件（图3）。

图3 单、双光子荧光成像图

同时，在细胞缺氧时，Lyso-FRET仍可释放ROS诱导癌细胞凋亡，并在活体层面评估了Lyso-FRET的深度乏氧肿瘤治疗可行性（图4和5）。

图4 ROS诱导癌细胞凋亡

图5 乏氧肿瘤治疗

【总结与展望】

本工作基于双光子激发的分子内FRET机制，通过分子剪裁合理设计了一种有机光敏剂Lyso-FRET，将给体双光子荧光能量再利用，放大了能量供体或受体的优势，在近红外双光子激光照射下产生了丰富的1O2和O2−•。此外，Lyso-FRET能有效靶向溶酶体，加速癌细胞凋亡。利用非线性光学的优势，Lyso-FRET具有良好组织深度穿透能力，产生I型ROS实现在缺氧环境下有效肿瘤乏氧治疗，在治疗深度缺氧肿瘤方面显示出巨大的应用潜力。

【通讯作者简介】

周虹屏，安徽大学化学化工学院教授。2006年于中国科学技术大学化学系获博士学位，同年破格晋升为教授，2009入选安徽省学术和技术带头人后备人选，2011年入选教育部新世纪优秀人才计划，2013年入选安徽省学术和技术带头人。周虹屏教授的研究领域为有机/无机杂化光电功能材料、光功能配合物、应用有机合成。以第一作者或通讯联系人发表SCI收录论文120余篇、中国科技核心37篇，Google Scholar引用3000多次。光电功能材料工作（Chem. Phys. 322 (2006) 459-470）入选中科院研究生教材《分子光化学与光功能材料科学》。相关成果曾获得过2011年获得安徽省科学技术二等奖和2021年获得安徽省科学技术三等奖。

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