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大连理工大学团队揭示暗态光笼机制近红外光控释放技术为癌症诊疗提供新策略
作者：欧光科技 发表时间：2025-07-11 15:00:19
在癌症诊疗领域，光动力疗法（PDT）因其微创性与时空精准性具有重要应用价值。然而，传统光敏染料存在非选择性及“常亮型”特性导致的光毒性等问题，显著制约了其临床转化。近日，大连理工大学樊江莉教授与杜健军教授团队在《德国应用化学》（AngewandteChemie）发表的研究中，创新性提出“暗态光笼”概念，系统揭示了近红外光诱导三重态生成的高效通路，为癌症精准诊疗突破技术瓶颈提供了全新解决方案。
传统光笼技术虽可通过光照触发保护基团解离以释放功能分子，但其发展长期面临技术局限。早期光笼体系（如邻硝基苄基、苯甲酰基等）依赖紫外光激活，该波段光线易被生物分子（如DNA碱基）吸收，进而诱发严重光毒性。近年来发展的基于染料分子的近红外光激活体系（激发波长位于650-900nm治疗窗口），虽在激发波长上取得突破，但受传统染料自旋禁阻特性影响，系间窜越（ISC）效率低下，三重态难以有效布居，单重态光解因寿命极短导致效率不佳，极大限制了其体内应用。因此，增强系间窜越效率、促进三重态形成，成为提升光笼体系光解效率的关键科学问题。
针对上述挑战，研究团队聚焦隐色染料的独特特性。隐色染料为一类多功能化合物，在特定条件（如光照、pH变化等）下可由无色转为显色态，在成像与信息存储领域具有潜在应用价值。其中，吩噻嗪类隐色染料被推测具有“暗态吸收”特性，为构建新型光笼体系提供了思路。团队通过设计合成一系列基于吩噻嗪与吩噁嗪的隐色笼分子，结合官能团修饰实现功能化，成功构建了高效近红外光控释放体系。
该“暗态光笼”体系的核心创新点在于其独特的激发态调控机制。理论计算证实，笼分子的第一激发态S1处于暗态，这一特性构建了高效系间窜越通道，显著提高三重态布居效率，从根本上解决了传统体系光解效率低下的问题。以代表性分子MB-Lv为例，其通过脲键将吩噻嗪与STAT3抑制剂Lv偶联而成，在660nm近红外光照射下，释放效率达90%，伴随溶液由无色向蓝色转变，同步释放光敏剂亚甲蓝（MB）与抑制剂Lv，并产生单线态氧（¹O₂），实现光动力治疗与化疗的协同作用。
体外实验结果显示，“暗态光笼”体系表现出优异的生物学性能。在近红外光照射下，可有效实现MDA-MB-231细胞的成像；蛋白印迹分析证实，其通过抑制STAT3及其磷酸化修饰发挥抗肿瘤活性；在常氧与缺氧环境中，均能显著抑制三阴性乳腺癌细胞增殖并诱导细胞凋亡。
体内实验进一步验证了该体系的临床转化潜力。研究团队构建的光笼纳米粒（MB-LvNPs）经动态光散射（DLS）、Zeta电位及透射电镜（TEM）表征，显示出良好的稳定性。在MDA-MB-231荷瘤裸鼠模型中，MB-LvNPs展现出优异的肿瘤靶向能力，活体成像可清晰标记肿瘤位置。治疗结果表明，该体系能显著抑制肿瘤体积增长，且对小鼠体重无明显影响，体现出良好的生物安全性；免疫荧光染色与组织学分析证实，肿瘤组织中增殖相关蛋白表达受抑，凋亡细胞比例升高。
尤为重要的是，该体系在抑制肿瘤转移方面表现出突出效果。实验结果显示，“暗态光笼”可下调与肿瘤转移相关的HGF（肝细胞生长因子）、MTA2（肿瘤转移相关蛋白2）、VCAM-1（血管细胞粘附分子1）等蛋白表达，显著减少肺转移灶形成。
综上，“暗态光笼”机制的揭示不仅为染料激发态动力学研究提供了重要理论参考，更构建了高效可控的光控释放技术体系。该技术实现了荧光成像、光动力治疗与化学治疗的一体化整合，突破了传统光笼体系的效率瓶颈，为癌症精准诊疗开辟了新路径。未来，随着该技术的深入优化，有望在更多疾病诊疗领域拓展应用，推动医学治疗向高效化、精准化与安全化方向发展。
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