傳統(tǒng)的化學療法在殺死癌細胞的同時，亦對正常細胞具有較大毒性，通常面臨著癌細胞靶向性差、治療效率低及毒副作用強等缺陷。與傳統(tǒng)化療藥物不同，光激活化療具有高時空分辨率的優(yōu)勢，可通過光照控制，選擇性殺死癌細胞。然而，傳統(tǒng)的光激活化療通常需要在化療藥物上修飾光剪切基團，不僅合成步驟繁瑣，而且容易生成毒副產(chǎn)物，嚴重限制了其應(yīng)用。因此，亟需發(fā)展高效且無毒副產(chǎn)物生成的光激活化療策略。
近日，華南理工大學唐本忠院士團隊高蒙副研究員提出了基于光氧化脫氫反應(yīng)的光激活策略，以生物相容性好且天然存在的二氫苯并[c]啡啶類生物堿為化療藥物前體，在光照下原位生成具有高效殺滅癌細胞能力的苯并[c]啡啶類生物堿（白屈菜紅堿和血根堿），同時可通過細胞核靶向的熒光點亮成像實時監(jiān)測這一轉(zhuǎn)變過程。在癌細胞和正常細胞共存的條件下，可通過光照控制，實現(xiàn)癌細胞的選擇性成像及殺滅，具有高時空分辨、無毒副產(chǎn)物等優(yōu)勢。
作者首先研究了白屈菜紅堿和血根堿的光物理性質(zhì)。相較于水溶液中，白屈菜紅堿在薄膜態(tài)的熒光量子產(chǎn)率（FF）從1.1%增加至18.2%，升高了16.5倍，表現(xiàn)出典型的聚集誘導發(fā)光（AIE）行為（圖2）。作者進一步考察了白屈菜紅堿在葫蘆[7]脲存在時及水/甘油溶液體系中的發(fā)光行為，驗證了其AIE性質(zhì)主要歸因于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）過程受到抑制及分子內(nèi)振動受限（RIV）。不同與白屈菜紅堿，血根堿在溶液中和固態(tài)下具有相近的發(fā)光效率（FF ~5.0%）。
作者進一步發(fā)現(xiàn)，在手提UV燈照射下，二氫白屈菜紅堿和二氫血根堿的水溶液在584 nm和602 nm處的熒光發(fā)射強度逐漸增加，這是由于發(fā)生了光氧化脫氫反應(yīng)，分別轉(zhuǎn)變?yōu)榱税浊思t堿和血根堿（圖3A-B）。通過細胞成像實驗發(fā)現(xiàn)，二氫白屈菜紅堿和二氫血根堿可快速進入HeLa細胞中，在405 nm激光照射下，可原位高效轉(zhuǎn)變?yōu)榘浊思t堿和血根堿，實現(xiàn)細胞核的紅色熒光“點亮”成像（圖3C-D）。
作者進一步通過細胞毒性實驗發(fā)現(xiàn)二氫白屈菜紅堿及二氫血根堿的細胞毒性很小，而光激活轉(zhuǎn)變?yōu)榘浊思t堿及血根堿后，細胞毒性明顯增加（圖4A-B），這是由于原位生成的白屈菜紅堿及血根堿可有效誘導癌細胞脹亡。作者進一步驗證了在HeLa癌細胞和NIH-3T3正常細胞共孵育的環(huán)境下，通過光照控制選擇性殺死HeLa癌細胞（圖4C-D）。
本文提出了基于光氧化脫氫反應(yīng)的“綠色”光激活策略，以二氫生物堿為例（二氫白屈菜紅堿和二氫血根堿），實現(xiàn)了癌細胞的高時空分辨成像及精準殺滅。由于不需要額外修飾光響應(yīng)基團，該類基于天然二氫生物堿的光激活策略在癌癥診療方面具有重要的應(yīng)用價值。此外，白屈菜紅堿具有AIE性質(zhì)，適合于局部高濃度富集的自我監(jiān)測，有利于熒光成像介導下的精準治療。這一成果發(fā)表在《Materials Horizons》上，文章的共同第一作者為華南理工大學碩士研究生凌霞和黃樂滔，文章的通訊作者為高蒙副研究員和唐本忠院士。
該論文作者為：
Xia Ling,?Letao Huang,? Youzhen Li, Qing Wan, Zhiming Wang, Anjun Qin, MengGao,* and Ben Zhong Tang*
原文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00931h#!divAbstract
Photoactivatabledihydroalkaloids for cancer cell imaging and chemotherapy with highspatiotemporal resolutionMater. Horiz.,2020, DOI: 10.1039/D0MH00931H
