光動力治療是一種利用特定波長的光來激活光敏劑分子使其產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧物質(zhì)來殺滅腫瘤細(xì)胞的方法。從它的定義可以看出，只有光敏藥物分子聚集在腫瘤部位并進(jìn)行光輻照才能實現(xiàn)治療，所以光動力治療具有非侵入性和高選擇性，可以降低或者避免抗腫瘤藥物分子對正常組織的毒副作用。
目前在臨床上廣泛使用的光敏劑主要是卟啉及其衍生物，所使用的激發(fā)光主要分布在紫外和可見光波段。我們知道生物組織本身對紫外可見光具有強(qiáng)烈的吸收作用，這樣就會導(dǎo)致用于光動力治療的光在到達(dá)治療位點前大幅衰減，降低了光動力治療的效率。為了實現(xiàn)對生長在較深組織處的腫瘤施行光動力治療，我們需要考慮采用在生物組織中穿透能力更強(qiáng)的近紅外光來激活光敏劑。
目前面臨的挑戰(zhàn)是，大部分高效光敏劑的吸收波長都比較短, 而具有近紅外吸收的光敏劑的毒性活性氧產(chǎn)生效率又普遍比較低。雙光子光動力是一種利用近紅外光來激活光敏劑的方法。具有短波長吸收的光敏劑可以吸收兩個近紅外光子（約是光敏劑吸收波長的兩倍）而被激發(fā)產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，為深層組織的腫瘤治療提供了可能性。另一方面，基于光敏劑的非線性雙光子吸收的固有屬性，雙光子激發(fā)可以對分布在腫瘤組織中的光敏劑在三維空間上進(jìn)行精準(zhǔn)激活，實現(xiàn)高效可控的精準(zhǔn)光動力治療。
雙光子光動力的巨大優(yōu)勢和潛力已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和研究，但是目前主要集中在利用近紅外一區(qū)的光（700-950 nm）來激發(fā)吸收在短波長的光敏劑。近些年來，近紅外二區(qū)光（1000-1700 nm）已經(jīng)展現(xiàn)出比近紅外一區(qū)光更好的組織穿透能力，實現(xiàn)了更大的成像深度。如果充分利用近紅外二區(qū)光的穿透優(yōu)勢來激活光敏劑，可以進(jìn)一步改善深層組織腫瘤的光動力治療效果。能夠被近紅外二區(qū)的光進(jìn)行雙光子激發(fā)的光敏劑需要在長波段（500 nm以上）有強(qiáng)的吸收，但是目前高效率的光敏劑在長波段的吸收都比較弱。另一方面，大部分的光敏劑在生物環(huán)境中溶解性較差而容易發(fā)生聚集，分子聚集誘發(fā)的淬滅效應(yīng)會進(jìn)一步減弱光敏劑的熒光發(fā)射和活性氧產(chǎn)生能力。因此，實現(xiàn)光敏劑在吸收紅移的同時又保證具有高效的活性氧產(chǎn)生能力非常具有挑戰(zhàn)性。
近日，新加坡國立大學(xué)劉斌教授課題組在Wiley旗艦期刊《Advanced Functional Materials》報道了近紅外二區(qū)光激活的有機(jī)光敏劑，并且實現(xiàn)了精準(zhǔn)高效的雙光子光動力治療（圖1）。課題組通過利用低帶隙的基團(tuán)TQ作為強(qiáng)電子受體（acceptor）設(shè)計了具有給體-受體結(jié)構(gòu)的光敏劑TQ-BTPE。這種結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)了吸收紅移，而且分子內(nèi)的強(qiáng)電子轉(zhuǎn)移有助于增強(qiáng)雙光子吸收。同時，為了減少分子聚集誘發(fā)對活性氧產(chǎn)生的淬滅效應(yīng)，引入兩個具有扭曲結(jié)構(gòu)的TPE基團(tuán)作為電子給體（donors），使得TQ-BTPE成為具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（aggregation-induced emission，AIE）性質(zhì)的光敏劑。TQ-BTPE在長波段（550-600 nm）有較強(qiáng)的吸收，并且在近紅外二區(qū)（1200 nm）有較高的雙光子吸收。在近紅外二區(qū)光激發(fā)下，TQ-BTPE的雙光子光敏效率是目前廣泛使用的商業(yè)光敏劑Chlorin e6的7倍。當(dāng)TQ-BTPE分子在被癌細(xì)胞攝取之后主要以納米聚集體的形式分布在溶酶體中（圖2），在近紅外二區(qū)光輻照下細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧物質(zhì)（圖3），最終這些活性氧實現(xiàn)了高效率的癌細(xì)胞殺滅效應(yīng)（圖4）。與此同時，文章中通過模擬生物組織比較了近紅外一區(qū)和二區(qū)的光在組織中的穿透能力和雙光子光敏效率，證明了近紅外二區(qū)光具有更深的組織穿透能力和更好的雙光子光動力治療效果。這項研究為開發(fā)近紅外光可激發(fā)的高效光敏劑提供了新見解。
