磷脂/蛋白质仿生微胶囊在双光子激发光动力治疗中的应用及机理研究

Lipid and protein will be chosen as a pair to fabricate microcapsules used as photosensitizing drug carriers. The microcapsules will be completely biocompatible and biodegradable. They can transport photosensitizing drug into the cancer cell readily. The lipid can be modified by two-photon absorbing fluorescent dye as energy donor of Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET). The photosensitizing drug which be solubilized in small unilamellar lipid of microcapsule can be used as energy acceptor of FRET. The bionic microcapsules combine the following features: (1) the limited space of unilamellar lipid enhanced two-photon absorption and emission properties between donor and acceptor; (2) more donors and acceptors can be selected as the components of LbL microcapsules; (3) more importantly, two-photon activated-photodynamic therapy allows for spatially selective treatment of cancers, and enhances the tissue penetration depth of incident light.

本项申请通过分子组装的方式设计构建磷脂/蛋白质仿生微胶囊，并用于负载光敏药物。此微胶囊模拟细胞膜的结构和性质，具有良好的生物兼容性和生物可降解性，作为药物载体很容易抵达细胞内部。磷脂头部基团可用双光子吸收的荧光基团修饰，当体系被近红外双光子光源激发时，磷脂的荧光基团与光敏药物在微胶囊壁的磷脂双层空间内，通过分子间作用发生荧光共振能量转移（FRET），从而在生物体系发生光动力疗效（PDT）。微胶囊组装单元的多样性将极大提高FRET给体与配体的选择性，提高FRET效率。在生物体系实现双光子引发的光动力治疗，最终目标将光动力治疗从表浅治疗领域扩展到对深层组织的治疗。

光动力治疗（PDT）是颇受重视的癌症治疗新方法，与传统的治疗方法相比，该方法不损害健康的组织和细胞使其具有独特的选择性。光敏剂、氧气以及特定波长的光源是PDT三要素。然而传统的光敏剂多在600nm以下被激发，这样的光源因为强散射效应不能到达深层组织，使其仅能对皮肤表面附近发生的病变进行表浅治疗。本项目通过组装的方法构筑了几种纳米材料，巧妙的将双光子染料和传统的光敏剂共同负载在纳米材料内。在双光子光源的激发下，双光子染料和光敏剂能够在纳米材料内部发生荧光共振能量转移（FRET），同时产生活性氧分子从而起到PDT的效果。我们系统的研究了双光子染料和光敏剂在组装的纳米材料内部发生FRET效应的机制，从分子水平上揭示了该过程的机理，从而为提高光动力的治疗效率提供了理论依据。在本项目的资助下，上述研究内容取得了重要的研究成果，被国内外同行广泛关注。该体系使用双光子光源间接的激发光敏剂，从而使传统光敏剂的激发波长延长到近红外或红外区域，期望通过该方法提高PDT的治疗深度，最终目标为使光动力治疗从表浅治疗领域扩展到对深层组织的治疗提供可能的解决方案。