AM:超高光熱轉化效率的光熱試劑用於癌症光熱治療

2020-11-29 騰訊網

癌症是全世界高發病率和死亡率的疾病之一。目前臨床上採用的主要治療手段包括手術、化療和放射治療等治療效率低下，缺乏對癌症組織的選擇性或存在較大的毒副作用。因此,具有高選擇性和低副作用的新型腫瘤治療手段—光熱療法（PTT），正成為科學研究的熱點。PTT是一種典型的光子觸發治療方式，它通過光熱試劑(PTA)在可見或近紅外（NIR）光激發下產生的局部高溫殺死腫瘤細胞。在現有的PTA中，近紅外吸收的有機材料被認為是最有應用前景，其具有較好的生物相容性，潛在的生物降解性和較高的重現性。光熱轉換效率（PCE）是PTA的一個關鍵因素，它直接決定光熱治療過程中所需要的激發光強度。高強度的激發光很容易對皮膚和組織造成損傷。因此，提高光熱試劑的光熱轉化效率，降低雷射使用強度，使用安全光強度的雷射用於光熱治療，是PTT研究領域的關鍵點和難點。

近日， 大連理工大學彭孝軍院士課題組彭孝軍教授、孫文副教授在提高光熱試劑的光熱轉換效率的研究中取得新進展：在BODIPY染料的 meso位置引入-CF3，作為轉動基團，製備了高效光熱有機小分子tfm-BDP，並對它的特性進行了詳細的闡述。作者將強吸電子基團-CF3，和強供電子基團N，N-二甲氨基引入BODIPY分子中，形成強的D-A結構, 顯著提高分子的共軛體系，紅移吸收波長，並提高吸光係數和光熱性能。同時tfm-BDP 在NIR (808 nm) 雷射照射下，導致-CF3無能壘旋轉，這種無能壘旋轉使tfm-BDP在激發態通過超高效非輻射躍遷途逕到達到基態，最大限度地將光能轉化為熱能。有趣的是，由於扭曲的tfm-BDP分子骨架可以抑制平行梯狀π π堆積(H-聚集) 。因此，將tfm-BDP包封在聚合物納米粒子中，無能壘旋轉可以繼續保持在聚集狀態。tfm-BDP NPs具有高效光熱轉換88.3%，即使使用低強度雷射照射(808 nm，0.3 W cm-2)也能顯著提高治療溫度， tfm-BDP NPs的體外和體內實驗都達到了優異的治療效果。特別是在小鼠抑瘤實驗，tfm-BDP NPs在腫瘤部位有效地累積，並且首次在安全NIR雷射的強度照射下 (808nm, 0.3W cm-2)導致腫瘤完全消融，因此，該光熱試劑的開發能夠克服傳統光熱試劑在活體實驗中由於使用高強度雷射引起的對健康皮膚和組織的光損傷，具有重要生物醫學價值。

研究者相信，無能壘轉動的設計策略為光熱試劑的創新設計提供了一個新平臺，為光熱試劑的臨床應用開闢了前景。相關論文在線發表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201907855) 上。

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