高效光动力治疗有机光敏剂的设计及光物理研究

As a new therapeuic approach, photodynamic therapy (PDT) shows a bright future in the treatment of cancer. However, current applications are often limited by the drawbacks of these organic photosensitizers including low reactive oxygen generation, very low fluorescent quantum yield, no targeting, and inability in absorption in the near infrared region. This project will mainly focus on the investigation of photophysical process of PDT agents. Based on basic theory of photophysics, we will design the new organic photosensitizers with unique properties, such as near-infrared absorption and emission and high reactive oxygen quantum yields. Furthermore, the controlled OFF-ON response of reactive oxygen species might be obtained by introducing activatable electron/energy donor/acceptor. We will further analyze the influence of substitute groups on the reactive oxygen generation. The evaluation of new photosensitizers in vitro and in vivo will provide theoretical and experimental support for the development of new PDT agents.

光动力治疗作为一种新型的治疗方法，在肿瘤的诊断与防治中已展现出很好的应用前景。然而目前临床用的二代有机光敏剂分子仍然存在着活性氧产率不高、荧光量子产率极低、靶向性差、近红外吸收弱等问题，从而阻碍了光疗技术的广泛应用。本项目拟以分子设计和光物理基本理论为基础，通过调控有机光敏剂的激发态光物理过程，设计出具有近红外吸收、高活性氧产率与荧光兼具的新型有机光敏剂分子，并进一步引入可激活的电子/能量给/受体，实现肿瘤环境中活性氧OFF-ON的可控调节。通过详细研究取代/连接基团对有机光敏剂分子的活性氧产生的影响，以及体内外详细评价，为新型有机光敏剂的设计和性能优化提供理论指导和实验支持。

本项目基于苝醌类化合物、姜黄素类化合物、卟啉类化合物等，设计合成了一系列新型高效光敏剂分子，通过调控分子结构、重原子效应、超分子组装等方法，实现了高效产生活性氧/热和近红外发光的有效调控。主要成果包括：（1）基于竹红菌乙素发展了多取代的新型衍生物，能够保持较高的单线态氧产率，其发射波长均可达近红外区（>700 nm）；（2）基于姜黄素和香豆素通过引入不同取代基或者硫原子发展了一系列新型光敏剂，并成功将二者杂合在一起获得了可以产生单线态氧和超氧自由基的新型光敏剂；（3）基于卟啉分子发展了新型高效光诊疗剂，单线态氧产率高达0.89，基于酞菁分子发展了光热增强、具有多种催化活性的新型多功能纳米酶。本项目针对不同天然光敏剂发展了多种提高其光动力性能的方法，为新型有机光敏剂的设计和性能优化提供理论指导和实验支持。