英文原题：Oxygen Concentration Effect in Photosensitized Generation of 1O2 from Normoxia to Hypoxia
通讯作者：孙钦超，中国科学院深圳先进技术研究院
作者：Zong Chang （常宗）, Like Guo （郭丽柯）, Jianglan Cai（蔡江蓝）, Yang Shu（舒扬）, Jie Ding （丁洁）, and Qinchao Sun （孙钦超）
背景介绍
光敏化产生具有高反应活性的单线态氧1O2是光动力治疗（PDT）在临床应用中被广泛接受的治疗机制。光动力治疗被用于临床治疗已经有很长的历史，但开发新型PDT策略，依然吸引了广泛的研究兴趣。肿瘤内的乏氧环境被认为是高效PDT的重大挑战，这源于人们直觉的认为1O2（单线态氧）的生成高度依赖于氧气浓度。
图1. 光敏化产生单线态氧及其检测机理
快讯亮点
近日，中国科学院深圳先进技术研究院孙钦超副研究员在JPC Letter上发表了氧气浓度对乏氧环境光动力产生单线态氧浓度的关系。通过稳态和瞬态光谱研究对常氧（氧气浓度160mmHg）与乏氧（氧气浓度5-6mmHg）情况下对单线态氧的产生动力学做了详尽的分析。
图2. 在常氧和乏氧环境下，Ce6光敏剂引发的单线态氧的生成动力学曲线
图3. 在常氧和乏氧环境下，Ce6光敏剂的激发态瞬态光谱
图4. 光敏剂敏化氧气的反应路径和动力学方程
图5. 氧气浓度无关的单线态氧生成动力学模型成功预测MB 和Ru(bpy)3敏化产生1O2动力学
1.肿瘤乏氧环境氧气浓度平均值在10 mmHg左右。氩气氛围下水中溶解氧的浓度在6mmHg左右大约10 uM，这与乏氧肿瘤环境在同一量级。
2.在常氧和乏氧环境下，Ce6光敏剂引发的单线态氧的生成动力学曲线几乎一致（图2）。
3.通过瞬态反应动力学，以及对光敏化产生单线态氧的反应动力学方程分析，提出了氧气浓度无关的单线态氧生成动力学模型(O2 involved but concentration independent kinetics model)。只要光敏剂在常氧（160mmHg）和乏氧（6mmHg）条件下三线态的衰减速率常数之比与相应的氧气浓度相当𝑘n /𝑘h ∼ pO2n/pO2h ∼25，单线态氧的生成动力学就不会受到氧气浓度的影响（图3，图4）。
4.该模型成功预测了其他三线态光敏剂的单线态氧的生成动力学，如MB分子，在常氧和乏氧环境下，其三线态衰减速率常数𝑘n /𝑘h∼25，因此单线态氧的生成动力学曲线几乎一致。然而对于Ru(bpy)3, 𝑘n /𝑘h<<25, 其相应的单线态氧的生成动力学曲线有较大差别（图5）。
总结/展望
研究人员建立了氧气浓度无关的动力学模型，以阐明光敏化生成单线态氧（1O2）的稳态反应过程。根据该模型，对于一个三重态衰减速率常比（𝑘n /𝑘h）与相应氧气分压比（pO2n/pO2h）一致的光敏剂，在常氧到乏氧的环境下，单线态氧的生成动力学不会有显著差异。这挑战了传统观点，即氧气浓度是乏氧肿瘤环境中PDT疗效的关键限制因素。我们的发现对开发针对缺氧肿瘤的新PDT策略具有重要意义，在合理设计PDT方案时全面理解光敏剂光物理性质的必要性。
对于常见的纯有机光敏剂，以及弱耦合的金属有机光敏剂，完全无需考虑氧气浓度的影响。对于强耦合的金属有机光敏剂如Ru(bpy)3 等，需要认真研究氧气浓度的影响。
相关论文发表在JPC Letters上，中国科学院深圳先进技术研究院常宗助理研究员为文章的第一作者， 孙钦超副研究员为通讯作者。
通讯作者信息
孙钦超（Qinchao Sun）
孙钦超，副研究员，博士生导师，深圳市“孔雀计划”海外高层次人才。主要研究方向为分子类发光探针的设计与机理研究等。至今作为一作或通讯作者在 JACS, Chemical Science, Coordination Chemical Review, Chem. Comm.等发表论文30余篇。作为项目负责人主持国家自然科学基金面上、青年项目、深圳市科创委基础研究等项目。参与国自然重大科研仪器研制等项目。
https://people.ucas.edu.cn/~qchao
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J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 44, 11126–11130
Publication Date: October 31, 2024
https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c02547
© 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Gregory D. Scholes
Princeton University
The Journal of Physical Chemistry Letters 致力于报道物理化学家、生物物理化学家、化学物理学家、物理学家、材料科学家和工程师感兴趣的新的和原创的实验和理论基础研究。
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