封面文章|香港中文大学(深圳)唐本忠院士&华南理工大学赵祖金教授团队综述:分子聚集效应在光动力治疗中的革新之路

文摘   2024-09-02 08:00   广东  

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Aggregate《聚集体》致力于发表聚集体科学领域的基础和应用研究,涵盖材料化学、物理、生物、应用工程等广泛领域的重要进展和创新性成果。

Aggregate 的收稿范围广泛,单分子或离子层次之上相关研究成果均符合期刊收稿范围,例如(但不限于):有机聚集体、无机功能材料、有机 / 无机杂化体系、高分子聚合物、纳米粒子、低维材料、金属有机骨架、超分子组装体、刺激响应体系、清洁能源、光电器件、光伏电池、发光材料、化学传感、生物探针、医学成像、疾病诊疗、药物递送等众多前沿领域。

Aggregate 鼓励打破学科藩篱,实现研究范式转移,在更高的结构层次上探索更复杂的系统和过程。


内封面



文章信息



通讯作者:赵祖金(华南理工大学),唐本忠(香港中文大学(深圳))

作者:庄泽燕,李建清,沈平川,赵祖金*,唐本忠*


Keywords:

aggregation effect
nanotechnology
photodynamic therapy
photosensitizer
phototheranostics
reactiveoxygen species

原文链接:

https://doi.org/10.1002/agt2.540


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文章简介


在过去的二十年里,聚集体层面的光物理和光化学取得了令人瞩目的进展,为先进功能材料的蓬勃发展做出了巨大贡献。光动力治疗(PDT)作为光物理和光化学的一个重要应用,具有可控性高、毒副作用低等优点。因为光敏剂在生物机体中的递送和作业往往涉及其纳米聚集态,所以深入研究和充分开发聚集体层面的PDT对光学诊疗技术的创新与进步具有重要意义。

尽管目前已经有大量的涉及聚集体的PDT相关工作发表,但大多数研究侧重于在单一的纳米聚集态下的性能和应用,而涉及多种分子状态或纳米聚集态的工作则相对比较有限。而后者中最为典型的就是关于“聚集抑制活性氧生成 (ACQ-ROS)”“聚集诱导活性氧生成 (AIR-ROS)”的报道。简而言之,ACQ-ROS现象指的是光敏剂在单分散状态(如稀溶液)中的ROS生成能力远大于其在纳米聚集态下的ROS生成能力;而AIR-ROS现象指的光敏剂在纳米聚集态下具有比单分散状态下更强的ROS生成能力 (图1)这些实例表明,分子聚集效应对光敏剂的ROS生成能力具有重要影响,深入探索和充分利用这种分子聚集效应将使得聚集体相关的PDT更加高效、灵活和可控。

图1. “聚集抑制活性氧生成(ACQ-ROS)”和“聚集诱导活性氧生成(AIR-ROS)”的示意图

然而,目前关于分子聚集效应对光敏剂的ROS生成能力的影响的研究尚处于起步阶段并且相对分散,缺乏一套系统的研究方法和理论。为了填补这方面的空白,该综述围绕如何探索和利用分子聚集效应来调控光敏剂的ROS生成能力进行了讨论,并对现有研究进展和典型成果进行了梳理。

该综述首先以PDT为核心,对聚集体层面的光物理学和光化学理论进行简要的介绍,重点讨论了聚集过程中与ROS生成相关的激发态衰减途径 (图2)其次,该综述通过列举典型案例,介绍和评述了当前研究分子聚集效应对ROS生成的影响的两种主流思路

图2. (A)光动力治疗和(B)激发态衰减途径的机理示意图

第一种思路是比较光敏剂的分子单分散状态下和纳米聚集状态下的性能差异,主要通过改变溶剂环境或在特定溶剂中添加佐剂来实现。其中,最常用的研究方法就是直接比较不同溶剂条件下ROS指示剂信号的响应速率,以评估分子单分散状态和纳米聚集状态之间的ROS生成能力的不同。该综述指出这类方法受限于指示剂自身物化性质的溶剂依赖性,易产生误导性结论,因此倡导采用更严谨的实验方案(如增设标准参照组以消除指示剂溶剂依赖性产生的偏差)。除此之外,通过在给定溶剂(一般是水)中添加佐剂(如促凝剂、反凝剂、催化剂或反应物等)以促进或破坏纳米聚集体的形成也可以对分子单分散状态和纳米聚集状态的性能进行比较。这一方法中需要注意的是,佐剂与ROS和指示剂之间的相互作用必须是可忽略的;其次,佐剂的添加是否成功引发分子单分散状态和纳米聚集状态之间的转变,也需要通过细致的结构表征予以证明。

第二种思路则通过比较不同纳米聚集状态之间的性能区别来实现,可以进一步分成不同单组分、单组分和多组分以及不同多组分纳米聚集体之间的比较。其中,最简单且最常见制备的单组份纳米聚集体是分子在不良溶剂中自发形成的,其聚集体结构可以通过分子工程和纳米工艺进行调控。多组分聚集体一般通过引入包封或负载材料进行制备,不仅具有选材多样、设计灵活、参数可调等优点,还可以利用引入的材料与光敏剂直接的相互作用实现性质调控。制备和比较不同纳米聚集体,为理解PDT中的分子聚集效应提供了直观的实验证据,也为利用分子聚集效应改善PDT疗效提供了重要的技术支持。

最后,该综述概述了分子聚集效应在PDT领域中当前面临的挑战和未来的机遇,并希望通过推动聚集体科学与工程的发展来促进新型光学诊疗技术的创新应用,为精准医疗开辟道路,造福人类的生活。

以上综述论文以“Exploring and leveraging aggregation effects on reactive oxygen species generation in photodynamic therapy”为题发表于 Aggregate 期刊,论文第一作者为华南理工大学(现南洋理工大学)的庄泽燕博士和华南理工大学博士研究生李建清通讯作者为华南理工大学赵祖金教授和香港中文大学(深圳)唐本忠院士。

(Aggregate 2024, 5, e540.)


通讯作者


赵祖金,教授,2003年获浙江大学学士学位,2008年获浙江大学博士学位。2008-2010年在香港科技大学从事博士后研究,师从唐本忠院士。2013年9月进入华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室工作。入选第四批国家“万人计划”青年拔尖人才,广东省自然科学杰出青年基金获得者,英国皇家化学会会士,中国化学会首批高级会员。2018-2022年连续5年入选爱思唯尔高被引科学家。已公开发表SCI学术论文380余篇,包括 Nat. Commun.、Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等高影响力杂志,论文引用17000余次,h-Index = 73。获授权中国发明专利57项。主要研究方向包括有机光电功能材料的合成、性能及其在有机光电器件、生物诊疗中的应用研究;聚集诱导发光材料开发和机理研究等。

唐本忠院士,教授,1957年2月生。1982年获华南理工大学学士学位,1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位。曾在多伦多大学从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。1994–2021年在香港科技大学工作。2009年、2017年、2020年先后当选中国科学院院士、亚太材料科学院院士、发展中国家科学院院士。2021年加入香港中文大学(深圳)担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。

 • 主要从事高分子化学和先进功能材料研究。在聚集诱导发光 (Aggregation-Induced Emission, AIE) 这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果,是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。

 • 已发表学术论文2,000多篇,总引用超183,000次,h因子为189。在学术会议上作了500多场邀请报告,拥有100多项授权专利。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate《聚集体》杂志主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。

 • 2014年至今连续当选全球材料和化学双领域“高被引科学家”。2007年获Croucher基金会高级研究员奖,2012年获美国化学会高分子材料科学与工程分会MACRO讲座奖,2014年获伊朗国家科技部颁发的Khwarizmi国际奖,2015年获广州市荣誉市民称号,2017年获国家自然科学一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖,2021年获Nano Today国际科学奖,2023年获生物材料全球影响力奖。

1. 华南理工大学李远课题组:基于“聚集诱导自由基”机制的“芳香化硝酸自由基”的合成与高效光热转换性能

2. 中山大学附属第三医院纳米医学中心帅心涛教授团队:“孪生”纳米药物同步肿瘤聚集并原位团簇增强超声成像和实现高渗透瘤内输药

3. 空军军医大学金岩教授课题组:再生医学新范式—间充质干细胞聚集指导器官再生

4. 西北工业大学颜红侠教授团队:非传统聚集诱导发光聚硅氧烷—结构,性能及应用

5. 华南理工大学吴水珠教授&曾钫教授团队:多功能纳米聚集体材料在类风湿性关节炎中的诊疗应用

6. 香港大学汪卫平助理教授团队:抑制肿瘤干细胞特性增强光动力疗法的无载体纳米药物


Aggregate 致力于报道出版“聚集”过程中的基础和应用研究的前沿科学,特别是功能材料、化学、物理、生物技术、生命科学以及应用工程等领域的重要进展,为学术界搭建一个交流思想和意见的新平台,去分享聚集体研究的新发现和新突破,讨论聚集体研究的挑战和机遇。


Aggregate 的收稿范围很广,包括但不限于有机聚集体、无机功能材料、有机 / 无机杂化体系、高分子聚合物、纳米粒子、低维材料、金属有机骨架、超分子组装体、刺激响应体系、清洁能源、光电器件、光伏电池、发光材料、化学传感、生物探针、医学成像、疾病诊疗、药物递送等众多前沿领域。


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