基于“Z”型双光敏剂整合体系的光动力疗法研究

Photodynamic therapy (PDT) with lots of advantages, such as strong targeting and small side effects, is playing an increasingly important role in the clinical treatment of cancer. However, the effectiveness of PDT in solid tumor still need to be further improved due to the tumor hypoxia microenvironment and limited tissue penetration of laser. In order to solve this problem, based on the natural photosynthesis characteristics of self-supplying oxygen and efficient "Z" type electron energy transfer, and our early research on two-dimensional nanosheet materials, we plan to build an "Z" type double photosensitizers integration system based on MoS2/BP composite nanosheets. The adjustable energy band structure of MoS2 and BP nanosheets with the number of layers can realize the energy transition under near infrared light irradiation, water splitting for oxygen production, and the construction of the "Z" electron energy transfer path. In order to further improve the electronic energy efficient transmission between MoS2 and BP nanosheets and the yield of ROS, van Edward and covalent electron transfer chain mediated "Z" double photosensitizers integration system is constructed, which make full use of the high photoelectric conversion efficiency and quantum yield efficiency of photosynthesis. Hence, "Z" type double photosensitizers integration system can solve the problem of tumor hypoxia environment and the limitation of laser penetration at the same time, which also provides a new idea for PDT and new drug development.

光动力疗法以靶向性强、副作用小等优势在肿瘤临床治疗中发挥着极其重要的作用，然而由于肿瘤乏氧的微环境以及激光波长有限的组织穿透力，在组织深处实体瘤中的疗效有待进一步提高。为解决此问题，本课题基于自然界光合作用自供氧以及高效的“Z”型电子能量传递的特性，在前期二维纳米材料的研究基础上，拟构建基于MoS2/BP复合纳米片的“Z”型双光敏剂整合体系。MoS2、BP纳米片随层数变化可调的能带结构能够实现在组织穿透力强的近红外光区激发、光解水产氧与“Z”型电子能量传递路径的搭建。为了进一步提高MoS2、BP纳米片之间高效的电子能量传递与ROS产率，本课题分别构建了以范德华力与共价键电子传递链介导的“Z”型双光敏剂MoS2/BP整合体系，充分借鉴并模拟自然界光合作用高效的光电转化效率与量子产率的精髓，“一石二鸟”的解决了肿瘤乏氧环境以及激光穿透力差的局限，为肿瘤的光动力疗法以及新药研制提拱了新的思路。

癌症已经成为人类健康的最大杀手之一，癌症的治疗已成为全球所关注的重点研究课题。传统的治疗方法（包括手术、化疗、放疗）在杀伤肿瘤细胞的同时，不可避免的损伤正常细胞，甚至带来一些严重的并发症。光动力治疗是一种对肿瘤细胞选择性杀伤并获得临床批准的非侵入性肿瘤治疗方法。相对传统疗法，光动力疗法具有光源靶向性，选择性杀灭肿瘤细胞；低毒性、微创性、改善患者愈后；能够激活机体免疫反应，减少肿瘤转移与复发等优点。然而，光动力治疗的疗效却受限于光敏剂激发电子-空穴的快速复合。本研究充分借鉴自然界光合作用中Z型异质结光合作用系统，基于二维纳米光敏剂优异的催化性能，设计并制备了多种新型二维Z型异质结光敏系统，通过Z型异质结独特的Z型电子传递，牺牲“低能”电子、空穴，保留“高能”电子、空穴，不仅有效避免了激发电子-空穴的快速复合，而且大大提高了激发电子-空穴的氧化还原能力，实现了对肿瘤微环境以及细胞内活性氧自由基的调控，从而高效诱导肿瘤细胞凋亡。本项目利用离子液体插层、液相剥离等技术开发了多种包括黑云母纳米片、砷烯、黑磷、锑烯、天然铁基矿物等多种新型高效二维纳米光敏剂，并在此基础上通过物理吸附、原位生成等技术制备了多种二维异质结光敏系统。本项目在Nature Communications，Advanced Science，Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A，Chemical Engineering Journal 等高水平期刊发表第一/通讯作者论文10篇，其中有1篇论文入选ESI高被引论文，1篇论文入选封面文章。申请中国发明专利1项，成果荣获华夏医学科技奖。项目负责人在本项目的支撑下连续获得国家自然科学基金面上项目、优秀青年项目资助。