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双光子光动力治疗技术是新兴的一种光疗技术,具有对生物组织穿透性好、空间选择性高、损伤小等特点,能够大幅度提高光动力杀伤深度,实现对单个细胞的选择性杀伤,近年来其研究价值与应用前景获得了广泛关注。由于传统光动力治疗用光敏染料的双光子吸收截面很小,限制了双光子技术的直接使用,因而目前双光子光动力治疗研究的关键在于开发出生物相容性好,同时具有大双光子吸收截面和高光动力活性的光敏染料。
苄叉环戊酮类染料是一类非常有应用前景的双光子吸收染料,然而其水溶性很差,限制了其在双光子光动力治疗领域的应用。本论文采取了化学改性的方法对这类染料进行修饰,在其母体结构上引入不同数量和长度的低聚乙二醇单甲醚基团(PEG)以改善其生物相容性,系统研究了不同数量和长度的PEG基团对染料分子的水溶性、光物理和光动力性质的影响,取得的研究结果如下:
1.制备了一系列新型两亲苄叉环戊酮类染料A1-B4,其中四种染料(A2,B2,B3,B4)的水溶性得到了明显改善,常温下它们在PBS缓冲溶液(PH=7.4)中的溶解度均达到了2mg/mL以上,可以满足临床药物静脉注射需求。
2.研究了新染料的光物理性质,包括紫外-可见吸收光谱,稳态荧光光谱,单线态氧量子产率,双光子吸收截面。研究结果表明这些经过PEG改性的新型染料与母体BDEA相比,其光物理数据仅有很小的变化,它们单线态氧量子产率达到0.22-0.3,双光子吸收截面最大值达到781-990GM(峰值位置出现在840nm附近),而且这些染料与文献报道的复杂共轭大分子相比,合成提纯容易,结构简单、便于修饰,有望应用于双光子光动力治疗。
3.用细胞试验评价了四种染料(A2,B2,B3,B4)的暗毒性与单光子光毒性,结果表明四个染料的都具有较好的生物安全性(暗毒性低),B2和B3与A4和B4相比具有突出的光毒性,这可能是因为它们具有较大的脂水分配比,因此会更多的被癌细胞摄取,此外,与临床使用的光疗药物PSD007相比,B2和B3也显示出更高的光毒性和低的暗毒性,说明它们有望应用于光动力治疗。
4.用体外细胞试验评价了两种染料(B2和B3)的双光子光动力效应,结果表明在800nm飞秒激光照射下,经过染料孵育的癌细胞出现了明显水肿,进而死亡的现象,而周围未光照的细胞没有变化；不含染料的细胞在同样条件下长时间光照也未发现变化,此外,我们发现极短时间的光照就足以引起细胞的水肿和死亡现象,这意味着双光子光动力治疗能实现快速的杀伤。以上结果充分表明此类新型光敏剂有望应用于双光子光动力治疗,同时为理解光敏剂结构和光动力性质间的关系,为进一步研发新型光疗药物提供了理论基础和新思路。