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Nature:重大突破!新技术打破现有光动力治疗局限

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哥伦比亚大学和哈佛大学的研究人员成功地开发了一种可见光至红外线自由转换的化学过程——利用三重态融合上转换(triplet fusion upconversion)的光物理过程(两个低能光子转化为一个高能光子),实现了红外辐照下多种光氧化还原转化。这一重大突破于2019年1月16日发表在《自然》杂志上,标题是” Photoredox catalysis using infrared light via triplet fusion upconversion”。

Nature:重大突破!新技术打破现有光动力治疗局限
研究者利用对反应介质具有更高穿透深度的近红外光成功实现多种光氧化还原转换。基于上转换光物理过程(the photophysical process of triplet fusion upconversion),研究人员成对操控敏化剂和受体分子,从低能红外光获得了橙光和蓝光。作者进一步证明,受体本身可作为光催化剂,从而简化反应。该研究表明,使用低能红外光能实现高能转换催化过程穿透难透光区域。

Nature:重大突破!新技术打破现有光动力治疗局限Δ图1:近红外光-橙光以及近红外光-蓝光的上转换策略

这项技术允许无害的辐射穿透活体组织和其他材料,从而避免高强度光照射造成的损害。“利用这项技术,我们能够将红外线微调到必要的更长波长,使我们能够无创地通过各种屏障,例如纸张、塑料模具、血液和组织,”Campos说。研究人员甚至用脉冲光穿透了包裹在烧瓶上的两条熏肉。

Nature:重大突破!新技术打破现有光动力治疗局限Δ图2:近红外光穿透介质实验

这项技术在整个科学界,尤其是肿瘤领域引起极大的轰动。“这项新技术可以使光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)进入人体以前无法进入的区域。” 哥伦比亚大学化学教授托米斯拉夫·罗维斯(Tomislav Rovis)说 “通过使用非侵入性红外光源的高能可见光,有望提高PDT的范围和有效性,充分发挥光动力疗法在治疗癌症方面的潜力。”

PDT能选择性杀伤肿瘤、最大程度保护正常器官和组织且能重复使用,是晚期肿瘤患者比较理想的治疗方式。美中不足的是PDT的适用范围仍然有很大的局限性。这是由于激活光敏剂的可见光的穿透深度比较浅,使得PDT无法对深部的肿瘤进行直接作用。

三重态融合上转换这项技术,让光辐射无害地穿透组织且使能激活光敏剂的光直达肿瘤组织成为可能,那么PDT的适用范围和疗效都将得到大幅度的提升。一种无毒的药物加上红外线,可以选择性地靶向照射肿瘤部位的癌细胞,而不是用可以杀死健康细胞和恶性细胞的药物毒害全身。虽然这项技术应用到临床可能还需要一段路程要走,但这使得肿瘤PDT更加具有前景,也给肿瘤患者带来全新的希望。

作者:Benjamin D. Ravetz1,3, Andrew B. Pun1,3, Emily M. Churchill1, Daniel N. Congreve2*, Tomislav Rovis1* & Luis M. Campos1*
作者单位:1Department of Chemistry, Columbia University, New York, NY, USA. 2Rowland Institute at Harvard University, Cambridge, MA, USA. 3These authors contributed equally: Benjamin D. Ravetz,Andrew B. Pun. *e-mail: congreve@rowland.harvard.edu; tr2504@columbia.edu; lc2730@columbia.edu
来源:Naturevolume 565, pages343–346 (2019)
链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0835-2


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