铱(III)溶剂配合物作为自报告光敏剂用于监测光疗效果的“信号开启”模式

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铱(III)溶剂配合物 自报告光敏剂 光疗效果 信号开启 免疫原性细胞死亡

铱(III)溶剂复合物作为自报告光敏剂用于光疗效果监测

学术背景

癌症是全球死亡率的主要原因之一，严重影响了患者的生活质量。近年来，光动力疗法（Photodynamic Therapy, PDT）因其非侵入性、高特异性、可控性和高时空精度的特点，成为癌症治疗中备受关注的技术。PDT通过使用光敏剂（Photosensitizers, PSs）在光照下产生高细胞毒性的活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS），从而诱导癌细胞死亡。然而，传统的光敏剂通常具有“常开”的荧光信号，这使得在PDT过程中实时监测治疗效果变得困难。因此，开发具有良好光动力治疗效果和自报告功能的新型光敏剂成为当前研究的热点。

本文的研究旨在解决这一问题，通过设计并合成两种非发射型铱(III)溶剂复合物，探索其在PDT中的应用潜力，并实现光疗效果的实时监测。

论文来源

本文由Manping Qian、Ke Wang、Peng Yang、Yu Liu、Meng Li、Chengxiao Zhang和Honglan Qi共同撰写，作者来自陕西师范大学化学与化工学院生命科学分析化学重点实验室。论文于2024年8月1日发表在Chemical & Biomedical Imaging期刊上，标题为《Nonemissive Iridium(III) Solvent Complex as a Self-Reporting Photosensitizer for Monitoring Phototherapeutic Efficacy in a “Signal On” Mode》。

研究流程与结果

1. 光敏剂的设计与合成

研究团队设计并合成了两种非发射型铱(III)溶剂复合物：[(dfppy)2Ir(dmso)]Cl（Ir-DMSO）和[(dfppy)2Ir(acn)]Cl（Ir-ACN）。其中，dfppy为2,4-二氟苯基吡啶，dmso为二甲基亚砜，acn为乙腈。这两种复合物通过两步反应合成，首先合成氯桥联的铱(III)二聚体[(dfppy)2Ir(μ-Cl)]2（Ir1），然后分别与dmso或acn反应生成目标产物。

2. 光物理与生物性质研究

研究团队对Ir-DMSO和Ir-ACN的光物理性质进行了详细研究。结果表明，这两种复合物在230-340 nm范围内具有强吸收带，且在340-470 nm范围内有弱吸收带。它们的摩尔消光系数分别为6.84×10^4 M^-1 cm^-1（Ir-DMSO）和5.53×10^4 M^-1 cm^-1（Ir-ACN），高于许多已报道的光敏剂。此外，这两种复合物的光致发光（PL）发射较弱，量子产率低于0.01%。

在细胞毒性实验中，Ir-DMSO和Ir-ACN在黑暗条件下的IC50值分别为118.8 μM和81.3 μM，而在光照条件下（20 mW/cm^2，10分钟）的IC50值分别为7.7 μM和6.4 μM。由于Ir-DMSO具有较低的暗毒性，研究团队选择其作为进一步PDT研究的光敏剂。

3. 自报告功能的研究

Ir-DMSO在光照下不仅能够杀死癌细胞，还能通过PL发射增强来自我指示细胞死亡。研究团队通过共定位实验发现，Ir-DMSO主要积累在内质网和线粒体中。在光照下，Ir-DMSO能够产生ROS，并通过与组氨酸（His）或含组氨酸的蛋白质发生特异性配位反应，实现光疗效果的实时监测。

4. 免疫原性细胞死亡的研究

研究团队进一步研究了Ir-DMSO诱导的PDT过程中细胞死亡的模式，发现其能够触发免疫原性细胞死亡（Immunogenic Cell Death, ICD）。ICD的标志性特征包括ROS生成、表面暴露的钙网蛋白（Calreticulin, CRT）上调、高迁移率族蛋白1（HMGB1）和腺苷三磷酸（ATP）的分泌。这些结果表明，Ir-DMSO不仅具有光动力治疗效果，还能通过ICD激活免疫反应。

5. 自反馈机制的验证

通过实验，研究团队验证了Ir-DMSO的自反馈机制。在光照下，Ir-DMSO的PL信号增强与细胞死亡过程同步，表明其能够实时监测光疗效果。此外，研究团队还发现，Ir-DMSO的PL信号增强主要来自于细胞内组氨酸或含组氨酸蛋白质的相互作用。

结论与意义

本研究成功设计并合成了两种非发射型铱(III)溶剂复合物，其中Ir-DMSO表现出优异的光动力治疗效果和自报告功能。通过光照，Ir-DMSO不仅能够产生ROS诱导细胞死亡，还能通过PL信号增强实时监测治疗效果。此外，研究还揭示了Ir-DMSO诱导的免疫原性细胞死亡机制，为PDT的精准治疗提供了新的策略。

研究亮点

  1. 新型光敏剂设计：通过引入有机溶剂作为辅助配体，合成了具有自报告功能的铱(III)溶剂复合物。
  2. 实时监测光疗效果：Ir-DMSO在光照下能够通过PL信号增强实时监测细胞死亡过程，无需额外的信号探针。
  3. 免疫原性细胞死亡：研究揭示了Ir-DMSO诱导的ICD机制，为PDT的免疫治疗提供了新的思路。

未来展望

尽管Ir-DMSO在PDT中表现出良好的应用潜力，但其强蓝光吸收限制了其在深层组织中的应用。未来的研究将聚焦于开发基于铱(III)复合物的近红外自报告光敏剂，以进一步提高PDT的临床应用价值。

这篇研究为光动力疗法的精准治疗提供了新的思路，展示了自报告光敏剂在癌症治疗中的巨大潜力。通过实时监测光疗效果，研究人员能够更好地控制治疗过程，减少过度治疗或治疗延迟的风险。