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氧化还原平衡对于维持生命的正常生理代谢活动至关重要。

2024年12月4日，香港中文大学（深圳）唐本忠院士/赵征助理教授、西安交通大学何刚教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Photocatalytic therapy via photoinduced redox imbalance in biological system》的研究论文，周琨、Lili Du为论文共同第一作者，唐本忠院士、赵征助理教授、何刚教授为论文共同通讯作者。

唐本忠，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、英国皇家化学会会士。

唐本忠教授于1982年和1988年先后获华南理工大学学士学位和日本京都大学博士学位。曾在日本NEOS公司中央研究所任高级研究员、加拿大多伦多大学从事博士后研究。1994–2021年在香港科技大学工作。2009年和2020年先后当选中国科学院院士和发展中国家科学院院士。2021年加入香港中文大学（深圳）担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。

唐本忠院士主要从事材料科学，高分子化学和生物医学诊疗等研究。在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。

赵征，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授。2014年研究生毕业于中国科学院上海有机化学研究所并获得博士学位；2015年加入香港科技大学从事博士后研究；2020年加入东南大学化学化工学院开展独立研究工作；2021年加入香港中文大学（深圳）。

赵征助理教授的研究方向为新型聚集体功能材料、有机光敏剂、近红外二区光学材料的生物医学医用等。截至目前已在Nat. Photonics.、Nat. commun.、Matter.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Inter. Ed.、Adv. Mater等国际期刊公开发表SCI收录文章100余篇。

何刚，西安交通大学教授。2011年本硕博毕业于陕西师范大学，曾在加拿大阿尔伯塔大学从事博士后研究。2015年加入西安交通大学。

何刚教授的研究领域包括有机自由基化学与材料、主族元素化学与材料、光催化、光动力治疗、有机储能材料等。

在这项研究中，研究人员提出了一种光催化系统，在无氧条件下扰乱NADH/NAD⁺的平衡，实现光催化治疗厌氧菌感染的牙周炎。

在光照射下，催化剂TBSMSPy⁺能够结合细菌DNA并通过多步电子转移过程引发自由基的产生。

它催化NADH向NAD⁺的转化（转化频率高达60.7 min^-1），抑制ATP合成，破坏DNA复制所需的能量供应，并成功地在无氧环境中完成光催化灭菌。

催化剂参与氧化还原反应，干扰了照射下NADH/NAD⁺含量的平衡，因此研究人员将这一作用称为光诱导的氧化还原失衡。

此外，在雄性大鼠的动物实验也验证了TBSMSPy⁺能够有效催化NADH氧化，抑制代谢并刺激成骨。

该研究证实了光诱导氧化还原失衡的概念和光催化疗法的应用，进一步倡导了基于光诱导氧化还原失衡策略的无氧光疗催化剂的开发。

图1：细胞中的光氧化还原催化

图2：光学性质

图3：超快时间分辨光谱

图4：光诱导氧化还原失衡机制

图5：体外光动力抗菌活性

图6：体内光动力牙周炎治疗

本研究提出了一种光催化系统，通过光诱导的氧化还原失衡策略，在无氧条件下扰乱NADH/NAD⁺的平衡，实现光催化治疗以治愈厌氧菌感染的牙周炎。研究中合成的催化剂TBSMSPy⁺能够在光照射下与细菌DNA结合，并通过多步电子转移过程产生自由基，促进NADH向NAD⁺的转化，抑制ATP合成，阻断DNA复制所需的能量供应，成功实现无氧环境中的光催化灭菌。

这项研究不仅证实了光诱导氧化还原失衡的概念，而且推动了光催化治疗在无氧条件下的应用，特别是在厌氧菌感染治疗中的潜力，挑战了传统光动力治疗对氧气依赖性的限制，有望在牙周炎等厌氧菌感染治疗中得到应用，为开发新型光催化治疗药物和策略提供了重要的科学依据。

Zhou, K., Du, L., Ding, R. et al. Photocatalytic therapy via photoinduced redox imbalance in biological system.

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