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化學化工學院馬恒昌教授在腫瘤光學診療領域取得重要進展

【發布單位: 發布時間:2021-09-29 瀏覽量:14

惡性腫瘤(癌癥)已經成為嚴重威脅中國人群健康的主要公共衛生問題之一,根據最新統計數據顯示,2020年全球新發癌癥病例1929萬例,其中中國新發癌癥457萬人,占全球23.7%,其人數遠超世界其它國家。近幾年光學診療一體化因其無創、原位的發展為腫瘤診斷與治療提供了新的思路,并有望進一步應用于臨床。

馬恒昌課題組長期致力于新型光學診療材料的開發及體內外治療的研究,取得了一系列重要的進展。傳統光學診療材料受限于聚集熒光猝滅(ACQ)、光穩定性差、吸收/發射波長短、摩爾吸光系數低等缺點嚴重限制了其實際應用。為了解決這一系列問題,馬恒昌課題組基于聚集誘導發光現象開發出一系列用于診療的新型光學診療材料,在體內外均表現出優異的抑瘤能力。首先基于三苯胺的富電子結構實現更高效率和更強光穩定性光敏劑的開發。D-A結構的分子以及重原子的引入能夠對HOMO-LUMO能級調整減小ΔEST。通過對分子的給-受體結構以及重原子對光動力治療(PDT)的影響進行了系統的研究,成功將其應用于癌細胞光動力治療、革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的光動力抗菌和斑馬魚活體成像。相關成功發表在美國化學學會期刊ACS Appl. Bio Mater. (2020, 3, 1187?1196).

在上述工作的基礎上馬恒昌教授團隊于2021年報道了一種提高光敏劑性能的新方法,通過整合并調控ΔESTSOC促進的基團,發展了一類具有AIE效應的高效光敏劑,成功用于成像指導的癌癥光動力治療。將提高SOC的羰基和強缺電子氰基以茚滿為骨架巧妙地引入到具有強給電子能力的三苯胺(TPA)衍生物中,通過精確調節分子中氰基和羰基的比例以及TPA部分的給電子效應,調控ΔESTSOC常數的大小,進而調控并促進AIE光敏劑的ROS產生效率。結果表明AIE光敏劑TaTIC同時具有高的SOC常數和低的ΔEST值,實現了兩者的平衡和最佳化,展現了最優的光敏性能,其ROS產生效率遠優于商品化的RB。此外,得益于典型的AIE特性、強D-A作用和無重原子效應,通過兩親性基質包裹制備的TaTIC納米粒擁有長的吸收波長、明亮的近紅外區熒光發射和較好的生物相容性,在近紅外激光照射下實現了對荷瘤小鼠徹底治愈的結果。該工作為高效光敏劑的開發提供了成功范例和新的設計理念。相關成果發表在wiley數據庫生物材料類頂級期刊Biomaterials (2021, 275, 120934, IF = 12.48)

在前期工作的基礎上馬恒昌課題組通過精準的分子設計開發了基于AIE新型的多模態診療一體化的有機小分子光診療劑,首次通過官能團工程將多種功能官能團巧妙的引入到單個小分子中,實現了激發態激子輻射與非輻射躍遷、非輻射躍遷中系間竄越與熱效應的調控。該光療劑(MeTIC)展現出了優異的光物理、光動力和光熱性質,具有高的摩爾吸光系數、明亮的延伸至近紅外區二區的熒光發射、優于孟加拉玫瑰紅(RB)的高效活性氧生成效率、高的光熱轉換效率。通過DSPE-PEG2000包覆制備的MeTIC NPs不僅很好的保留了小分子優異的性能而且顯示出優異的穩定性和生物相容性,能夠被細胞很好的攝取且在EPR效應下在腫瘤組織富集明