1 北京大学未来技术学院生物医学工程系，北京 100871
2 南开大学生命科学学院，天津 300071
以光敏剂为基础的光动力疗法已被确定为许多肿瘤、皮肤性疾病、血管性疾病等适应证的安全治疗方式。在近些年的研究中，卟啉类光敏剂、二氢卟吩类光敏剂等均投入临床使用，酞菁类光敏剂、稠环醌类光敏剂等均已开展临床研究。但是，光动力疗法在临床转化中还面临着诸多问题，如有限的穿透深度、较低的溶解度、暗毒性、对氧气浓度的高度依赖等，新型的安全高效的光敏剂亟待被进一步开发，以实现高度特异性微创治疗。目前，新型光敏剂的研发主要聚焦于靶向修饰和智能纳米药物递送体系以及可激活/响应型光敏剂、耐乏氧肿瘤微环境的Ⅰ型光敏剂、适应深层实体瘤治疗的光敏剂等。此外，超声激发的声动力治疗也为光敏剂的临床应用开辟了新思路。随着新型光敏剂的开发与转化，将会有更多的光敏剂药物被应用于临床实践，为癌症和其他疾病患者带来福音。
医用光学 光敏剂 光动力疗法 临床应用
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
光动力治疗（photodynamic therapy，PDT）一直是黑色素瘤治疗领域的主要方法，而研发更为高效的光敏剂是改进治疗的关键所在。为了提高光动力治疗的效果，设计了一种新型的光敏剂药物，其以传统的光敏剂原卟啉IX（Protoporphyrin IX，PpIX）为基底材料，通过所合成的PMHC18-mPEG将去甲基化药物SGI-1027和PpIX包裹起来形成SGI@ PpIX-mPEG复合体系。PpIX受到光照之后会导致细胞产生大量活性氧（reactive oxygen species， ROS），从而使下游的Caspase-3蛋白含量增加，同时去甲基化药物会上调GSDME蛋白的含量。研究结果表明，所合成的新型光敏剂药物不仅能够产生活性氧杀死癌细胞，而且能够通过Caspase-3蛋白和GSDME蛋白的相互作用进一步导致细胞焦亡从而提升光动力治疗的效果。
光动力治疗 光敏剂 活性氧 去甲基化 细胞焦亡 photodynamic therapy photosensitizer reactive oxygen species demethylation pyroptosis
1 南京工业大学先进材料研究院，江苏 南京 211816
2 江苏师范大学化学与材料科学学院，江苏 徐州 221116
谷胱甘肽（GSH）在多种肿瘤细胞中过表达，是肿瘤微环境的重要特征之一，以GSH作为触发因子可以实现肿瘤的精准治疗。GSH是一种内源性抗氧化剂，其分子结构中的巯基官能团能够快速消耗肿瘤细胞内的活性氧物种（ROS），降低光动力治疗（PDT）的效果；相反，GSH的消耗也可以增强PDT。因此，以GSH作为生物靶标及触发因子设计GSH响应型光敏剂有望实现高效精准的肿瘤PDT。本文首先对GSH在生物体内的作用进行了简单介绍，进而对GSH激活型和GSH消耗型光敏剂的响应机制与响应型PDT进行了详细阐述，最后对GSH响应型光敏剂在肿瘤光动力治疗中面临的挑战以及未来的发展方向进行了讨论。
医用光学 谷胱甘肽 肿瘤微环境 光动力治疗 光敏剂 光治疗
1 北京理工大学医学技术学院，北京 100081
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
光动力疗法（PDT）是一种通过光动力反应选择性地治疗恶性肿瘤及癌前病变等疾病的新型疗法，具有广阔的临床应用前景。光敏剂作为PDT的关键要素之一，其在体浓度分布直接影响PDT疗效，实现光敏剂剂量在体定量检测是开展个性化PDT精准治疗的前提。介绍了光敏剂浓度在体定量检测的影响因素；总结了目前常用的光敏剂荧光光谱定量校准方法及荧光定量检测技术；最后讨论了光敏剂定量检测技术在PDT临床转化应用中所面临的挑战和发展方向。
医用光学 光敏剂 光动力疗法 剂量 定量检测 荧光 临床应用
咸阳师范学院化学与化工学院, 陕西 咸阳 712000
用于光动力疗法(PDT)中的光敏剂是一类吸收一定波长的光后达到激发三重态, 然后将三重态能量转移给生物体内的氧分子使得基态氧激发为单线态氧的一类物质。 目前, 临床应用的光敏剂大部分是以卟啉为主的平面型分子。 平面分子一般具有较大的共轭键, 被光激发后系间窜跃小, 三重态寿命较长, 因此可以获得高产率的单线态氧。 然而临床使用的这类光敏剂吸收波长位于紫外区域, 照射光会对人体组织造成光损伤, 因此改善临床光敏剂光毒性特征, 合成具有可见光区域吸收波段的光敏剂是光动力疗法研究的重要内容之一。 该研究依据密度泛函(DFT)及其含时理论(TD-DFT), 对三类平面型卟啉衍生物[耳坠型卟啉(a), 三磺酸基酞菁(b), 三磺酸基酞菁合Ni(Ⅱ)(c)]的基态和激发态性质进行了严格的密度泛函计算。 几何优化计算显示: 分子(a)的最稳定构型中, 所有原子都处于一个平面, 分子直径大约是7 Å, 分子空穴达到5 Å。 分子(b)所有的原子也处于同一平面, 分子直径达到8 Å, 但是分子空穴只有4 Å。 分子(c)的最稳定构型与平面结构发生了偏离, 这是由于金属Ni的四配位倾向形成变形四面体, 分子的空穴变得更小。 几何优化结果说明耳坠型卟啉分子大的空穴有助于其捕获更多的基态氧并进行能量传递。 前线轨道能量和轨道布局计算显示: 耳坠型分子(a)最高占据能量是最高的, 即电子更易被激发。 三类分子的最高占据轨道与最低空轨道的能级间隔分别为0.072, 0.076和0.075 a.u., 可以看出耳坠型分子(a)有最低的能级间隙。 从轨道布局来看, 三类分子中所有原子的p轨道参与了共轭大π键的形成, 其中分子(c)中金属d轨道也参与了大π键的形成。 对三类分子的吸收光谱进行了模拟, 三类分子都具有卟啉特有的Soret带和Q带。 (a)分子Q带位于450~900 nm, (b)分子和(c)分子的Q带位于400~800 nm, 其中(a)分子的最大吸收波段是939 nm。 该研究从分子结构, 轨道能量以及吸收光谱对三类卟啉类光敏剂的微观特性进行了理论计算和讨论, 研究结果将为发现和开发近红外吸收的卟啉类高效光敏剂提供理论依据。
光敏剂 卟啉 密度泛函 吸收光谱 Photosensitizer Porphyrins Density functional Absorption spectra 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1769
教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室，西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
光动力治疗以其高度选择性和低侵入性已在肿瘤和皮肤类疾病的临床治疗中展现出巨大的优势和广阔的前景。基于近红外光激发的双光子光动力治疗克服了传统紫外-可见光在生物组织中穿透能力有限的缺点，同时，非线性光学效应提升了光激活的时间和空间分辨率，使得其在深层肿瘤和病灶的精准诊疗中受到广泛关注。本文介绍了双光子光动力的基本原理，总结了目前高效双光子光敏剂的开发设计以及双光子光敏特性的表征技术，以具有聚集诱导发光特性的光敏剂为代表，对当前双光子光动力治疗的研究进展进行讨论和分析。最后对双光子光动力治疗未来的发展方向进行了展望。
医用光学 双光子 光动力治疗 光敏剂 近红外光 聚集诱导发光 中国激光
2022, 49(15): 1507101
1 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所, 天津 300192
2 安徽恩迪亚智能科技有限公司, 铜陵 244199
光学参数如波长、功率密度、照射时间等可显著影响光疗的杀菌效果。本研究旨在探索LED光疗抑制口腔细菌增殖的最佳光学参数, 为临床口腔细菌感染性疾病的光学治疗提供参考。将粪肠球菌(Enterococcus faecalis)和牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)菌液接种于96孔板中, 用峰值波长为405 nm和455 nm的自制LED光源, 以10 mW/cm2和40 mW/cm2的功率密度, 在能量密度9.6～33.6 J/cm2的范围内对其进行光照, 30?min后以活死菌荧光染色或平板涂布法检测光疗杀菌效果。结果发现: 405/455 nm波长LED光照对两种厌氧菌均有显著的杀伤效果; 牙龈卟啉单胞菌在波长为405 nm、功率密度为40 mW/cm2、光照能量为33.6 J/cm2的LED光照下达最大抑菌率(96.05±1.80)%; 粪肠球菌则在波长为405 nm、功率密度为10 mW/cm2、光照能量为33.6 J/cm2时达到最佳抑菌效果(97.64±2.31)%。研究表明, 适宜的光学参数可使LED光照对口腔常见致病菌产生显著的抑菌效果。在本研究条件下, 波长为405 nm、照射剂量为33.6 J/cm2的参数组合效果最佳。
LED光疗 内源性光敏剂 粪肠球菌 牙龈卟啉单胞菌 口腔感染 LED phototherapy endogenous photosensitizer Enterococcus faecalis Porphyromonas gingivalis oral infection
1 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350117
2 福州图鑫光电有限公司，福建 福州 350007
3 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100039
光动力疗法(PDT)是一种综合利用光敏剂、光和氧分子，通过光动力反应选择性地治疗恶性肿瘤、血管性病变和微生物感染等疾病的新型疗法。PDT作为光治疗的一种重要方法，已逐渐成为继手术、放疗和化疗之后治疗肿瘤的第四种微创疗法，同时还是治疗鲜红斑痣等特殊疾病的首选疗法。本文简要回顾PDT的研究现状；以提高PDT疗效为目标，重点分析光敏剂、光源、组织氧含量、协同治疗、量效评估等基础研究以及临床应用的研究进展；讨论临床个性化精准PDT及其推广应用所面临的挑战和发展方向。
生物光学 光动力疗法 光敏剂 光源 氧含量 协同治疗 剂量 临床应用
1 中国科学院理化技术研究所光化学转换与功能材料重点实验室, 北京 100190
2 中国工程物理研究院流体物理研究所光电技术与装备研发中心, 四川 绵阳 621900
3 四川大学物理学院, 四川 成都 610065
4 中国科学院大学, 北京 100049
全息记录介质中光敏剂的用量非常少,但对记录波长的选择起到决定性的作用。针对最常用的532 nm激光器,设计并合成一系列环戊酮类光敏剂,研究它们的光谱特性、敏化引发单体聚合的反应动力学及其在光致聚合物型全息记录介质中的应用性能。结果表明,含有BTMI(2,5-bis(2-(1,3,3-trimethylindolin-2-ylidene)ethylidene)cyclopentanone)的样品具有最优的全息记录性能,在总曝光量为64 mJ/cm 2的情况下单光栅衍射效率达到90%,折射率调制度为4.14×10 -4,Bragg光栅选择角的半峰全宽为0.90°。在单个激光脉冲(波长为532 nm,脉宽为150~200 ps,能量密度为25 mJ/cm 2)的曝光下,该样品能够获得衍射效率为7%的全息光栅,说明可以实现信息的快速记录。通过配方的优化,BTMI有望应用于制备快速且高密度的全息存储介质。
全息 全息存储 光致聚合物 感绿光敏剂 衍射效率 单脉冲曝光
华南师范大学物理与电信工程学院, 广州 510006
为了探究聚乙二醇化黑色TiO2介导的光动力疗法体外灭活HL60细胞的潜力, 先后采用水热还原法和表面修饰法制备不同质量比的聚乙二醇化黑色TiO2(PEG@B-TiO2)纳米复合材料。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收光谱(UV-VIS)、荧光光谱(FS)、透射电子显微镜(TEM)及粒度仪研究材料的理化性质。用活性氧检测试剂盒检测材料的活性氧(ROS)产量。通过细胞增殖试验(CCK-8法)比较不同纳米颗粒对HL60细胞的暗毒性和可见光下的光毒性, 探究最佳材料。结果表明: 合成的PEG@B-TiO2分散性较好, 结晶度较高, 可见光吸收能力强, 电子空穴复合率低; 同时, 暗毒性试验证明了药物的生物相容性好, 与纯TiO2相比, PEG@B-TiO2在光照下对HL60细胞的灭活效率更高。这表明其有望成为光动力治疗白血病的有效光敏剂。
光动力疗法 光敏剂 可见光 活性氧 HL60细胞 photodynamic therapy photosensitizer visible light reactive oxygen HL60 cells
