孙耀教授/Jong Seung Kim院士合作成果：分子工程联合自组装策略构建980 nm激活型超分子探针实现高效安全活体抗菌

传统的金属光诊疗探针存在激发/发射波长较短（<800 nm）且光疗效率低等问题。华中师范大学孙耀教授和韩国高丽大学Jong Seung Kim院士基于分子工程改造联合超分子自组装策略，设计了首例980 nm激光激活的金属Pt超分子光诊疗探针Pt1110。借助其近红外二区荧光配体、金属大环刚性骨架和重原子效应，不仅实现了超分子光诊疗探针的激发/发射波长红移至近红外二区，同时大幅度提高了其光热转化效率和单线态氧生成效率（相较于配体提高了95%和69%）。Pt1110还被成功应用于金黄色葡萄球菌感染创面和角膜炎感染模型的实时、精准活体示踪，以及在安全激光功率（≤0.72 W/cm²）照射下的光疗抗菌。

微生物感染已成为全球人类健康的重大威胁之一。近年来，光介导的细菌感染的诊断和治疗已被证明具有实时示踪、时空可控、副作用低和克服抗生素耐药性等优点。然而，目前大多数光诊疗探针在细菌感染部位蓄积后，易发生自身聚集从而导致荧光和活性氧猝灭问题。此外，传统的光诊疗探针采用的800 nm以下的激发光源，导致其光成像诊断和治疗深度有限，只能应用于表层病灶部位的诊断及治疗。最后，由于大部分光诊疗探针的光治疗效率有限，在光疗抗菌过程中往往使用高功率密度的激光能量照射，容易造成周围正常组织的损伤。因此，迫切需要开发一种可以实现在长波长激光激发，且高效安全的新型光诊疗探针。近年来，超分子金属大环由于自身可调控的光物理性质、尺寸和形状/几何构型等优势，在生物医学领域吸引了广泛的关注，而且为发展高性能光诊疗探针提供了新的设计思路。

最近，孙耀教授等在课题组前期近红外二区（NIR-II）荧光小分子探针工作的基础上，巧妙地联合分子工程和超分子自组装策略，创新性设计并构建了980 nm激活的Pt金属超分子光诊疗探针（Pt1110）。作者首先通过分子工程策略设计并优化对硼二吡咯亚甲基（BODIPY）骨架的NIR-II区荧光配体1，并利用金属-配位驱动的自组装成功实现NIR-II区荧光配体1与Pt受体2的[3+3]自组装构建Pt1110。受益于其长吸收/发射波长、重原子效应和大环刚性骨架抗淬灭性能，Pt1110不仅展现出能够在深层组织（高达6毫米）的光学穿透性能和产生活性氧能力，而且其光热转化效率和单线态氧生成效率相较于荧光配体分别提高了95%和69%，有助于实现在安全激光功率（≤0.72 W/cm²）照射下的光疗抗菌。活体研究证实，Pt1110可成功应用于活体金黄色葡萄球菌感染创面模型和角膜炎模型的实时、精准示踪，以及原位NIR-II区荧光成像引导的安全有效的光疗抗菌（图1）。这些结果不仅进一步拓展了金属超分子光诊疗探针在活体分析及生物医学领域的应用，而且为其临床前研究奠定了基础。

图1. 基于超分子自组装构建金属超分子光诊疗探针Pt1110及其在创面感染和角膜炎模型中荧光引导抗菌研究。

详见：Xu Y, Li C, An J, Ma X, Yang J, Luo L, Deng Y, Kim JS, Sun Y. Construction of a 980 nm laser-activated Pt(II) metallacycle nanosystem for efficient and safe photo-induced bacteria sterilization. Sci China Chem, 2022, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1440-2.

扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。

         扫描二维码免费阅读全文

【扩展阅读】