近期，南京大學化學化工學院馮福德課題組與中國科學院化學所王樹研究員合作開發了一種D−A型可啟用光敏劑（DANO），並研究了其對谷胱甘肽（GSH）和光的響應機制以及一氧化氮（•NO）和氫自由基（H•）的級聯反應過程。

DANO是一種線粒體靶向性的非熒光•NO供體，在GSH和光的協同作用下可轉化為具有熒光性質的光敏分子，啟用雙型（即I型和II型）光動力反應，同時釋放•NO分子（圖1）。電子順磁共振技術（EPR）檢測結果表明，光動力反應中產生具有還原活性的氫自由基（即氫原子，H•），而且H•的捕捉顯著抑制超氧陰離子自由基（O2•−）的產生，這些資料為光動力反應中O2•−的起源問題給予了一種合理解釋，即H•與基態氧分子的快速反應極可能是O2•−產生的主要途徑之一。此外，在I型反應中透過級聯過程產生的過氧亞硝酸（HONOO）具有強烈的氧化性，有利於增強乏氧條件下的光動力治療效果。

圖1. DANO分子結構、啟用及級聯反應示意圖。

得益於較大的雙光子吸收截面（δ2PA = 166 ± 22 GM @ 800 nm），DANO還可應用於近紅外雙光子激發的光動力治療（圖2）。

圖2. （a-b）雙光子激發毛細管中的樣品。（c）雙光子激發及共聚焦熒光成像。（d）雙光子激發DANO後的細胞雙染熒光成像。

值得指出的是，H•一般需要特殊的苛刻方法（如離子輻射、強紫外光輻射、超聲等）才能被觀察到，導致其與生物體系相互作用的研究一直受到很大限制。H•對光動力反應的參與說明在活性氧（ROS）和活性氮（RNS）等物種之外，H•作為最小尺寸的外源性自由基和活性氫（RHS）物種具有重要的生物醫學研究意義。該研究在溫和條件（低強度可見光）下原位誘導產生H•，為深入理解H•在生理環境中的化學和生物學行為提供了新工具。

該成果以“Cascade Reactions by Nitric Oxide and Hydrogen Radical for Anti-Hypoxia Photodynamic Therapy Using an Activatable Photosensitizer”為題線上發表於美國化學會志（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 868−878）。論文的第一作者為南京大學化學化工學院助理研究員孫劍博士。馮福德教授、王樹研究員為論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等專案的資助。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10517