东北林业大学贾涛副教授和赵修华教授《CEJ》: 近红外有机光热试剂的研究进展

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癌症是全世界发病率和死亡率最高的疾病。2020年全球确诊的癌症患者数量达到1930万，死于癌症的人数增加到1000万。因此世界各地的研究人员一直在努力开发更精确、更快速的治疗方法来对抗癌症。目前的癌症治疗仍然依赖于手术、放疗和化疗等传统治疗手段，然而它们破坏免疫系统，有着严重的副作用和耐药性，治疗效果较差。因此，发展新型的肿瘤治疗方法是十分必要的。与传统的肿瘤治疗方法相比，光热治疗 (PTT) 是一种无创、副作用小的治疗方法。PTT利用光热治疗试剂 (PTTAs) 在激光照射下将光能转化为局部热量以增加周围环境的温度并引发癌细胞的死亡。理想的PTTAs应该有良好的生物相容性、高的光热转换效率 (PCE)，并且能够在肿瘤中有效的富集。PTT最大的挑战是生物组织的光穿透深度问题，因为生物组织对可见光有效光吸收和光散射，导致深层组织处的肿瘤治疗效果不佳。此外，治疗过程中的激光强度过高会对正常组织造成不必要的损害等都是PTT所面临的挑战。 

鉴于此，近日，东北林业大学贾涛副教授和赵修华教授团队在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》在线发表题为 “Recent Advances in the Development of Near-Infrared Organic Photothermal Agents” 的综述文章。在文章中，重点概括了近红外区光吸收的有机PTTAs近年来在抗癌治疗方面的发展，并简要介绍了这类有机PTTAs在成像指导PTT及其他体外和体内联合治疗手段。最后，讨论了PTT在癌症治疗过程中的机遇和挑战，尤其是关于它们的临床应用。 

图1. 近红外吸收的有机PTTAs用于抗癌治疗示意图

文章首先介绍了PTT相比于传统抗癌治疗手段的优势及其在癌症治疗领域的发展现状。列举了一些常见的无机PTTAs包括金纳米棒、碳纳米管、硒化铜纳米粒子、黑磷量子点等。将近红外区光吸收的有机PTTAs (主要包括一些固定结构、电子给体-受体结构及天然有机化合物) 和无机材料在生物相容性、细胞毒性、体内降解等方面进行了对比和总结。还对有机光敏剂的光物理过程进行了阐述，包括荧光、热和活性氧产生的具体过程及彼此之间的竞争关系。

图2. 有机光敏剂的光物理过程 

作者列举了近红外光吸收的有机PTTAs并对其在PTT过程中的优缺点进行了分析，利用PTTAs之间的光物理竞争通过合理的分子设计可以提高PCE；使PTTAs的吸收波长红移至近红外区，尽可能的增加激光穿透组织的深度；将一些肿瘤的靶向基团例如三苯基膦对PTTAs进行修饰，能够提高其在肿瘤区域的有效富集；同时，将PTT与其他治疗手段相结合可以提高治疗效果。基于以上几方面文章对一些固定结构包括酞菁衍生物和卟啉衍生物等等, 电子受体结构包括苝二酰亚胺 (PDI)、二酮吡咯 (DPP)、BODIPY染料、方酸和苯并双噻二唑 (BBT)等，电子给体材料苯、三苯胺和噻吩等形成的电子给受体型结构材料，其他共轭聚合物如聚苯胺 (PANi)、聚吡咯 (PPy)、聚多巴胺 (PDA)、聚 (3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐 (PEDOT:PSS) 及天然有机化合物黑色素等这几类近红外区光吸收的有机PTTAs在PTT以及结合其他疗法的新兴应用中进行对比和总结。具体阐述了提高PCE、增大组织穿透深度和靶向性富集的策略。   

本文综述了近红外有机PTTAs用于PTT的研究进展及其作为光热转换材料在荧光成像、协同治疗等方面的应用，系统地回顾了关键的设计策略。近年来，近红外吸收PTTAs以其独特的理化性质在癌症等疾病治疗中表现出极大的优势。讨论了PTT在癌症治疗过程中的机遇和挑战，特别是关于它们的临床应用。基于有机功能光热试剂的PTT由于其独特的副作用小、疗效高等优点，将在对抗癌症中发挥越来越重要的作用。希望本文中对近红外有机PTTAs从具体结构到功能应用的总结，为高性能PTTAs的设计提供一个新的视角。

相关研究成果“Recent Advances in the Development of Near-Infrared Organic Photothermal Agents.”近期发表在Chemical Engineering Journal (IF=10.65)，论文的通讯作者为东北林业大学贾涛副教授和赵修华教授，硕士研究生李露为论文的第一作者。该工作得到了黑龙江省杰出青年基金、黑龙江省留学回国人员择优资助、中国博士后基金和黑龙江省头雁计划研究经费的资助。

相关论文：

Lu Li, Xue Han, Mingfeng Wang, Chenglong Li, Tao Jia, Xiuhua Zhao. Recent Advances in the Development of Near-Infrared Organic Photothermal Agents. Chem Eng J. 2021; 128844.

论文链接地址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721004381

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