基于聚集诱导发光材料的双光子光动力疗法研究

As an emerging cancer treatment strategy with minimal invasiveness, photodynamic therapy (PDT) is a treatment that uses a nontoxic photosensitizer (PS) in the presence of light with specific wavelength to produce reactive oxygen species (ROS), which can irreversibly destroy the targeted diseased tissue. However, the absorption wavelength of traditional PSs is usually located in the visible light band, and is also susceptible to the influence of aggregation-caused quenching (ACQ). Therefore, the penetration depth of excitation light and the effect of PDT are limited. This project aims to develop a high-performance PDT to overcome the limitation of penetrating depth and ACQ issue utilizing AIEgens based two-photon PDT. PSs with AIE effect, large two-photon absorption cross section, high ROS generation efficiency, and excellent photostability and biocompatibility will be designed and synthesized in this project. Near-infrared femtosecond laser will be used to excite PSs, enabling two-photon PDT. At the cellular level, the PDT effect will be evaluated by cancer cell ablation, which will guide the optimization of experimental parameters. Finally, the two-photon PDT will be used to the in vivo tumor therapy and subsequently its effect will be evaluated. This project will provide theoretical and technical supports for expanding PTD in medical applications.

光动力疗法是近年来兴起的一种无创癌症治疗方法。光动力疗法是利用无毒性的光敏剂在特定波长光的照射下，产生活性氧杀死特定的组织，从而达到治疗效果的一种方法。然而传统光敏剂的吸收波长通常位于可见光波段，同时易受聚集诱导荧光猝灭的影响，因此限制了激发光的穿透深度以及光动力疗法的疗效。本项目旨在通过基于聚集诱导发光材料的双光子光动力疗法来克服穿透深度和聚集诱导荧光猝灭的限制，从而有效提高光动力疗法的治疗效果。在本项目中，将设计、合成具有聚集诱导发光特性、大双光子吸收截面、高活性氧产生效率、良好光稳定性和生物相容性的光敏剂。利用近红外飞秒激光激发光敏剂实现双光子光动力疗法，在细胞层面，通过杀死肿瘤细胞的效率来评估双光子光动力疗法的疗效并优化实验参数。最终利用双光子光动力疗法治疗小鼠肿瘤并进行疗效评估。该项目的研究将为扩大光动力疗法的应用提供理论和技术支持。

光动力疗法(photodynamic therapy, PDT)是近年来兴起的一种无创治疗新方法。PDT具有非入侵性、副作用小等优势，但由于其激发光通常位于可见光波段，从而限制了其治疗深度。另一方面通过肿瘤预后评估准确评价治疗效果以及制定后续治疗方案，具有重要临床意义，但传统的方法时空分辨率有限。该项目发展了基于聚集诱导发光材料结合上转换材料的多光子光动力疗法，利用近红外光激发光动力疗法，穿透深度达厘米量级，可以有效抑制肿瘤生长；发展了光动力疗法新靶点—核仁，基于碳点的核仁靶向PDT相比于其他亚细胞器靶向PDT具有更好的治疗效果，更高的生物安全性，同时通过核仁的荧光成像，可以在亚细胞水平有效评估肿瘤预后，相比于临床使用的技术，该技术具有检测速度快、精准等优点，核仁有望成为肿瘤诊疗的有效新靶点；基于血红素开发了新型多功能光敏剂，在光照条件下，可以有效放大肿瘤微环境中氧化应激，显著提高光动力治疗效果；开发了在体流式细胞仪技术，可以在细胞水平实时无创检测肿瘤转移进展，揭示了高剂量的纳米颗粒能够通过破坏内皮细胞来促进肿瘤的转移，该技术为研究纳米药物的生物安全性提供了新方法。该项目的研究结果为肿瘤的光学诊疗一体化提供了新技术和新方法。相关的研究结果发表在Light: Science & applications, Biomedical Optics Express等光学领域TOP期刊上，同时申请人受全国激光技术与光电子学学术会议，Optoelectronics Global Conference, International Conference on Photonics and Imaging in Biology and Medicine等会议邀请就研究成果做邀请报告。