丛欢、汪鹏飞等在超分子光敏剂研究方面取得新进展

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大环分子是超分子化学的重要结构和功能单元，可与药物分子形成结构精确的主客体复合物，具有操作简单和客体特异性等优点，在药物递送方面具有很大潜力。用于光动力疗法（PDT）的光敏剂大多具有疏水的共轭骨架，因而降低了光敏剂在水相中的溶解度，不利于在生物体系的递送。例如我国独有的苝醌类天然光敏剂竹红菌乙素（HB）是传统中药的活性成分，具有活性氧产率高、代谢快、毒性低等优点，但由于其结构中含有较大尺寸的共轭体系，传统的冠醚、环糊精、杯芳烃等大环分子受限于较小的空腔，无法与HB形成主客体结构。
　　最近，中科院理化所汪鹏飞研究员与丛欢研究员合作，发挥双方团队在光诊疗与大环合成方面的互补专长，报道了两种具有狭长空腔的阳离子环番大环（AnBox4+与ExAnBox4+）作为首个能有效结合HB的主体分子，可制备水溶性超分子光敏剂（HBAnBox4+与HBExAnBox4+），实现了对HB细胞水平上不同方式的运输与优秀的光动力治疗效果。

图1. 大环分子对竹红菌乙素细胞水平上不同方式的运输

　　针对具有大尺寸空腔的阳离子环番的合成挑战，研究人员改进了合成策略，先合成含有蒽二聚体单元的8字形双环分子，再通过光诱导逆[4+4]扩环，显著提升了合成效率。进一步的核磁与荧光表征显示两个大环分子均可与HB在水相形成1:1的主-客体络合物，其结合常数高达107数量级，对HB展现出优异的亲和力。而且超分子光敏剂HBAnBox4+与HBExAnBox4+均展现出优秀的稳定性和光动力生成活性氧的能力。
　　更为重要的是，研究人员发现两个大环分子在细胞水平上展现出了不同的运输方式，即AnBox4+携带HB一起进入到细胞质内；ExAnBox4+则是将HB运输到细胞膜表面，然后将HB在细胞膜上释放，HB单独进入到细胞质内。两种大环分子实现了对HB不同的运输方式，同时都在细胞水平上展现出理想的光动力治疗效果。
　　该项研究结果为大尺寸光敏剂分子在细胞水平上有效运输和光动力治疗开辟了新思路，以Supramolecular photosensitizers using extended macrocyclic hosts for photodynamic therapy with distinct cellular delivery为题发表在Chemical Science上（DOI: 10.1039/D3SC00107E）。论文的第一作者为理化所助理研究员郑秀丽、已毕业博士生雷胜男和博士生高泽坤，通讯作者是丛欢研究员、汪鹏飞研究员和刘卫敏正高级工程师。研究工作得到了理化所佟振合院士与吴骊珠院士的悉心指导；肖红艳副研究员和博士生董翔宇分别在理论计算和超分子络合物表征方面提供了重要数据支持。
　　全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/sc/d3sc00107e
       文章来源：理化所
      丛欢，男，中国科学院理化技术研究所研究员，1984年3月生。2002年9月至 2006年7月：北京大学化学与分子工程学院，获理学学士学位，导师：席振峰教授；2006年9月至 2011年11月：美国波士顿大学(Boston University)化学系，获博士学位，导师：John Porco教授；2011年11月至 2012年4月：美国麻省理工学院(MIT)化学系，博士后，导师：Gregory Fu教授；2012年5月至 2015年3月：美国加州理工学院(Caltech)化学与化工学院，博士后，导师：Gregory Fu教授；2015年担任中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师。
        汪鹏飞, 男, 1964年4月, 1983年于杭州大学化学系毕业，获理学学士学位, 1993于中国科学院感光化学研究所 (现理化技术研究所, 下同) 获理学博士学位，并获院长奖学金优秀奖，同年留所工作。1997年起，任中国科学院感光化学研究所（现理化技术研究所）研究员，博士生导师。1994年起，先后在世界多个研究院所，如：法国国家研究中心(CNRS)，日本国立材料与化学研究所，香港城市大学物理及材料系，从事研究工作八年多，并与其建立了良好的协作关系。主要从事有机/无机光功能材料的设计及其在光诊疗、OLED等领域的应用研究。承担科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、北京市、裘搓等十余项科研项目，在Nat. Comm.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.、ACS Nano等国际学术期刊发表研究论文140余篇；多次受邀在国内外学术会议作邀请报告；申请国内外发明专利60多项，其中授权专利30余项，包括5项美国专利。