近年来,光疗技术,尤其是光动力治疗(PDT)和光热治疗(PTT),因其高选择性、非侵入性以及较低副作用等优点,成为癌症治疗领域的研究热点。尤其是光免疫疗法的出现,将光疗技术与免疫治疗相结合,进一步提升了其抗肿瘤效果。然而,传统的光动力治疗(PDT)面临着诸多挑战,特别是在肿瘤缺氧微环境中的治疗效果显著受限。
光疗技术的局限性与新型光催化疗法的兴起
传统的光动力治疗依赖于Ⅱ型光敏剂与氧气的反应,在缺氧条件下,肿瘤细胞往往会对该治疗产生抵抗,导致治疗效果不佳。而光催化疗法作为一种新型的非氧依赖的光疗策略,利用光催化反应破坏肿瘤细胞内的氧化还原稳态,诱导细胞凋亡等生物学效应,展现出巨大的潜力。这种疗法无需氧气且具备无创性,成为了肿瘤治疗领域的研究新方向。
尽管光催化疗法已经取得了显著的研究成果,诸如金属有机配合物和有机小分子光催化剂的开发,也为其在癌症治疗中的应用奠定了基础,但仍然存在细胞毒性过高、组织穿透能力不足等问题,需要进一步优化。
苏州大学与广东省人民医院联合研发新型光催化剂
为应对现有光催化疗法中的挑战,苏州大学李盛亮教授团队与广东省人民医院骨科陈元峰研究员团队展开了合作,研究并开发了一种新型的近红外光响应型光催化剂。这一成果近日发表在《Science Advances》期刊上,题为《Biomimetic mitochondrial-targeting photosensitizer with NIR-activated photocatalytic function for enhanced anti-tumor activity》。

研究团队设计并合成了一种长波长近红外光响应的多功能共轭聚合物材料,这种材料不仅具有高效的光催化性能,还具备高亮度的荧光发射功能。通过细胞器仿生工程策略,研究团队进一步将其转化为能够特异性靶向肿瘤细胞线粒体的仿生纳米药物,利用近红外光的激发作用,直接破坏线粒体功能,从而引导肿瘤细胞死亡。
新型光催化剂的性能与临床前效果
通过分子工程设计,研究人员调控了电子给体(D)与受体(A)之间的相互作用,合成了近红外响应型共轭聚合物材料YBSe-SS。随后,这些材料被进一步加工为仿生纳米光催化剂Mito-NPs,具备了对肿瘤细胞线粒体的靶向能力。
在808 nm的近红外光照射下,Mito-NPs显示出了优异的性能,包括高达80.3%的光热转换效率和2.7%的NIR-II区荧光量子产率。同时,它能够同时产生Ⅰ型和Ⅱ型活性氧,进一步增强了抗肿瘤效果。研究还发现,这些纳米材料能高效光催化氧化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),导致线粒体功能受损,从而促使肿瘤细胞死亡。
此外,转录组测序分析显示,Mito-NPs能够显著调控线粒体功能及相关免疫应答,进一步增强免疫系统对肿瘤的清除作用。
在小鼠骨肉瘤的原发和肺转移模型中,Mito-NPs显示出优异的治疗效果,并通过NIR-II荧光成像引导下的肿瘤消融与免疫激活,展现出极好的临床前潜力。
总结与展望
这一研究为近红外激活的非氧依赖型光催化材料在肿瘤治疗中的应用提供了新的思路。通过线粒体靶向和近红外光催化作用,能够有效解决传统光动力治疗在缺氧环境中的局限性,为高效、精准的肿瘤治疗带来了新的希望。未来,随着这一技术的不断优化和临床试验的深入,预计将为癌症治疗领域带来重大突破。
该研究由苏州大学药学院博士后王玉博士、高一剑博士和博士研究生杨宇亮共同完成,李盛亮教授与陈元峰研究员为该研究的共同通讯作者。



