中南大学蓝敏焕教授等: 具有聚集诱导增强光治疗效率的D-A-D结构BODIPY用于近红外荧光和光声成像引导的协同光动力和光热治疗
近期，Chin Chem Lett在线刊发了中南大学蓝敏焕教授和湖南肿瘤医院欧阳取长教授课题组合作的文章，题目：D-A-D-structured boron-dipyrromethene with aggregation-induced enhanced phototherapeutic efficiency for near-infrared fluorescent and photoacoustic imaging-guided synergistic photodynamic and photothermal cancer therapy，DOI: 10.1016/j.cclet.2023.109452。
B-2TPA具有扭曲的分子内电荷转移作用、高的近红外荧光和吸收强度，并表现出聚集诱导单线态氧量子产率和光热转换效率增加的特性。体外和体内实验证实了B-2TPA可用于近红外荧光和光声成像引导的协同光动力和光热癌症治疗。
光诊疗具有精确的时空控制、高效的诊疗、非侵入性、可忽略的耐药性和微弱的副作用等特性，是一种极有研究价值和应用前景的癌症治疗方式。光诊疗剂在光诊疗中起决定性作用。但临床上的光诊疗卟啉、吲哚菁绿等存在水中聚集导致单线态氧量子产率(1O2 QY)降低、光热转换效率(PCE)低、光稳定性差等问题，削弱了光诊疗的疗效。因此，开发聚集诱导1O2 QY和PCE增加、光稳定性好的光诊疗剂在临床癌症治疗上具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
作者同时利用聚集诱导激发单重态与激发三重态隙间窜越（ISC）效率增加和扭曲的分子内电荷转移（TICT）效应来开发具有强近红外吸收、聚集诱导1O2 QY和PCE增强的光诊疗剂。在文中，作者以N,N-二乙基苯胺和三苯胺为给电子基团，BODIPY核心结构为拉电子基团构建了具有D-A-D结构的BODIPY衍生物B-2TPA。文中提出的分子设计策略具有以下优点：（1）D-A-D结构具有强烈的分子内电荷转移效应将B-2TPA的吸收和荧光波长红移至近红外区；（2）三苯胺与BODIPY之间较大的二面角导致B-2TPA具有大的非平面π共轭结构，不仅避免了水中紧密的面对面π-π堆积，还通过普通的分子间聚集形成了B-2TPA NPs，减小激发单重态（S1）与激发三重态（Tn）之间的能隙，从而提高ISC效率，进而增加了B-2TPA纳米颗粒（NPs）的1O2 QY；（3）B-2TPA具有高脂溶性和多个旋转结构，在DSPE-PEG-2000长链烷烃构建的疏水微环境中，由于明显的荧光猝灭和稳定的TICT效应，B-2TPA NPs的PCE得到了显著的增强。
B-2TPA的近红外吸收和荧光波长分别为729 nm和766 nm，同时表现出明显的TICT效应。在735 nm激光照射下，B-2TPA的1O2 QY和PCE较低，分别为1.8%和39.8%。B-2TPA与DSPE-PEG-2000组装后制备成纳米颗粒，这些B-2TPA NPs表现出优异的水分散性，其吸收和荧光波长分别红移至742 nm和815 nm。分子间聚集有效地降低了激发单重态与激发三重态之间的能隙，显著提高了ISC效率，使B-2TPA NPs的1O2 QY提高到6.7%。明显的荧光猝灭和稳定的TICT将B-2TPA NPs的PCE提高到60.1% (Fig. 1a)。此外，B-2TPA NPs具有优异的光稳定性、强的近红外荧光和光声（PA）信号。体外和体内实验都表明，B-2TPA NPs能提供协同光动力和光热治疗以及肿瘤的近红外荧光和光声双模式成像(Fig. 1b)。
Fig. 1. (a) B-2TPA NPs的制备以及B-2TPA和B-2TPA NPs的分子结构和主要光学性质。(b) B-2TPA NPs在近红外荧光和光声成像引导的肿瘤协同光动力和光热治疗中的应用。
通讯作者介绍
蓝敏焕教授，中南大学博士生导师，2013于中国科学院理化技术研究所毕业，获理学博士学位（导师：张文军讲席教授，汪鹏飞研究员）。2013-2017年在香港城市大学超金刚石与先进薄膜研究中心（COSDAF）担任高级研究助理(导师：张文军讲席教授)。主要从事发光材料的设计、合成及在生物/环境等领域的应用(主要包括荧光探针、生物成像、光诊疗及光催化)。在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Nano Research, Chem. Commun.,等国际学术期刊发表研究论文90余篇，申请国内外发明专利15项，包括2项国际专利，10项中国授权专利。主持国家自然科学基金（3项）、湖南省重点研发计划、湖南省青年科技人才（荷尖）项目、“芙蓉计划”-湖湘青年英才项目、深圳市科创委、中南大学创新驱动计划以及企业委托技术开发等项目20余项，参与国家自然科学基金委重点研发计划、科技部重点研发计划等。担任中国化学会光化学专业委员会委员，中国感光学会光学传感与诊疗专业委员会秘书长，中国感光学会青年理事会理事，中国光学学会高级会员，生物医学光子学专委会青年委员等。荣获2022年度湖南省预防医学会二等奖。
