【顶刊】Adv. Sci. | 基于细菌叶绿素MOF纳米片的超氧自由基发生器的光动力治疗

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缺氧是大多数实体瘤的一个最显著特征（局部氧压<5 mm Hg）,通常是由肿瘤细胞的侵略性增殖和肿瘤血管系统的畸变引起的。光动力治疗（PDT）利用光敏剂（PS）在外部光刺激下产生高细胞毒性的活性氧（ROS）分子，而大多数PS治疗机理是通过氧依赖的Type II机理将三重态分子氧（³O₂）转换成单线态氧（¹O₂），达到肿瘤治疗的目的。因此严重缺氧的肿瘤细胞微环境作为最主要因素限制PDT的治疗效果，目前主要的解决方式包括直接携带氧气分子进入肿瘤细胞，或者利用自供给氧气纳米材料如MnO₂、Pt、CaO等提高肿瘤部位氧气含量，达到增强肿瘤PDT的效果。但上述纳米体系复杂的组装过程、复合的细胞毒性等限制其在PDT中的应用，因此急需开发新型的纳米材料通过非氧依赖的Type I机理实现肿瘤的高效PDT。

超氧自由基（O₂^−•）是通过非氧依赖的Type I过程产生的高细胞毒性的活性氧分子，其与蛋白、DNA或脂质体结合，造成细胞内组件损伤、细胞代谢功能紊乱，至细胞凋亡。其中部分O₂^−•是在细胞内超氧化物歧化酶（SOD）的催化作用下，转化成H₂O₂和O₂，随后H₂O₂进一步转化成高毒性的羟基自由（OH·）增强PDT的治疗效果。

卟啉基金属-有机框架（MOF）纳米材料作为光敏剂广泛用于肿瘤的PDT治疗中，但目前主要是以Type II治疗机制与光热治疗、化疗、放疗等结合，进行肿瘤的协同治疗。为了实现缺氧条件下肿瘤高效PDT的目的，北京科技大学孟祥丹博士，杨洲教授和董海峰教授课题组开发了一种基于细菌叶绿素的新型MOF纳米片（DBBC-UiO）O₂^−•发生器，在近红外（NIR）光照射下，实现光声成像指导的Type I型与Type II型结合的PDT，用于缺氧实体瘤的高效治疗。

以细菌叶绿素（H₂DBBC）为配体框架，Hf₆(µ₃-O)₄(µ₃-OH)₄为共价结合点，制备得到DBBC-UiO MOF纳米片。在充足的O₂含量条件下，在750 nm NIR光照射下，DBBC-UiO作为光敏剂通过Type II产生¹O₂，而在严重缺氧微环境中通过Type I产生大量O₂^−•。随后产生的大量O₂^−•不仅可作为高细胞毒性阴离子自由基诱导肿瘤细胞凋亡，同时可再SOD诱导的催化下，将部分O₂^−•转化为高毒性OH·。此外，DBBC-UiO具有良好光声成像能力，可用于高分辨率、高组织透过性的癌症精准诊断，该光声成像指导的高效PDT用于缺氧条件下实体瘤的有效消除具有显著的临床应用前景。

该工作以“A Bacteriochlorin-Based Metal-Organic Framework Nanosheet Superoxide Radical Generator for Photoacoustic Imaging-Guided Highly Efficient Photodynamic Therapy”为题，发表在Advanced Science（DOI：10.1002/advs.201900530）上，第一作者为北京科技大学张凯博士，孟祥丹博士、杨洲教授和董海峰教授为该论文的通讯作者。

以上研究工作得到了国家自然科学基金（21875008，21475008，51673023，51773017），国家重点研究专项基金（2016YFC0106602，2016YFC0106601）以及中央高校基本科研业务费专项资金资助（FRF-GF-17-B12，FRF-BD-17-016A）的资助。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900530

–作者简介–

董海峰，教授/博导。2011年获南京大学分析化学获博士学位，匹兹堡大学博士后，京都大学高级访问教授，北京科技大学生物传感中心特聘教授(2013.10-2014.07)，北京科技大学教授、博导（2014.8-至今）。2010年以来，在Chem.Rev., Angew. Chem. Int. ed., Adv. Mater., Nano lett., ACS Nano, Adv. Funct.Mater., Chem. Sci. Anal. Chem.等杂志发表SCI论文70篇，论文被包括NatureChem., Chem. Rev., Angew. Chem. In. Ed等杂志引用3200余次。出版中英文专著各1部，共同主编英文专著1部。曾获2013年全国百篇优秀博士学位论文提名和2012年江苏省百篇优秀博士论文，教育部自然科学二等奖1项（2018，第2），一等奖1项（2013，第6）和中国分析测试协会科技一等奖2项（2018，第2；2014，第7）。受邀到国际学术大会和国际知名大学（东京大学）做邀请报告共4次。

张凯，北京科技大学材料科学与工程学院2016级博士在读，主要研究方向为MOF纳米材料，肿瘤标志物的分析检测，肿瘤治疗。博士期间，以第一作者身份在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials、Analytical Chemistry等杂志共发表SCI论文7篇，以共同作者身份发表SCI论文20余篇，申请中国发明专利1项。

孟祥丹，北京科技大学材料科学与工程学院本科，后保研进入生物工程与传感技术研究中心跟随张学记教授、董海峰教授进行硕博连读，2019年1月获北京科技大学化学博士学位，并留校做师资博后，主要研究方向为肿瘤标志物miRNA的分析检测，纳米药物与肿瘤治疗，以第一作者（共一）或通讯作者在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Chemical Science等杂志发表SCI论文5篇。

杨洲，教授，美国化学会会员，2003年于中科院化学获得理学博士学位，2003年至2007年在瑞士联邦理工学院(ETH)的非线性光学实验室做博士后，2008年7月起受聘为北京科技大学材料科学与工程学院教授。主要研究方向为有机和高分子光子学功能材料，已在Adv. Mater.等专业期刊上发表SCI检索论文130余篇，文章被SCI引用1000余次；申请发明专利22项，其中已获授权15项。主持国家自然科学基金委基金项目4项和科技部重点研发计划子课题1项。指导的研究生已毕业博士5名、硕士20名，在培养硕士研究生12名、博士研究生6名。与北京大学合作申报的“特种液晶材料及调光膜制备技术”项目先后获2014年教育部技术发明一等奖和2015年国家技术发明二等奖（第三完成人）；所研制的液晶材料经专家鉴定，认为“总体水平达到国际领先水平”，已在我国液晶领域龙头企业获得应用或已建成了规模化生产线，近年来获得了显著的经济和社会效益。