黄怀义副教授科研成果｜新型铱光催化剂——体内/外诱导癌细胞凋亡-百灵威

光动力疗法（PDT）是一种联合应用光敏药物和激光活化治疗癌症的方法，具有微创性、时空可控性强、副作用小、耐药发生率低等优势。传统PDT是通过光激发光敏剂（PS）能量转移至氧气以产生高毒性的活性氧物质（ROS）诱导肿瘤细胞死亡，但水溶性差、氧依赖性强等缺陷限制了其抗肿瘤功效。
中山大学黄怀义副教授设计合成了一种水溶性香豆素官能化的Ir^III光催化剂，研究结果表明，引入了香豆素6配体的Ir2和Ir3在可见光区域的吸光度均显著高于Ir1（图1），其中带正电的配体的Ir3的水溶性优于比Ir1和Ir2（图1，插图）。

图1 三种Ir<sup>III</sup>配合物在室温下的UV/Vis吸收光谱（PBS）和发射光谱（CH<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>）</b><sup>[1]</sup><br>激发波长：465 nm，插图是三者在水和正辛醇中分布情况

图1 三种Ir^III配合物在室温下的UV/Vis吸收光谱（PBS）和发射光谱（CH₂Cl₂）^[1]
激发波长：465 nm，插图是三者在水和正辛醇中分布情况

众所周知，光活性的Ir^III配合物在光激发下能产生通过II型机制产生高度细胞毒性的单线态氧（¹O₂），与Ir1（77.0%）和Ir2（90.4%）相比，Ir3（14.2%）表现出较差的¹O₂产生效率。但是除了II型¹O₂的产生外，I型光敏化途径也引起了人们的极大关注，因为它们在低氧条件下具有强大的治疗作用。
NADPH和NADH在维持细胞内氧化还原平衡方面起重要作用，其浓度改变可能导致细胞死亡。氨基酸的氧化会影响细胞蛋白质的合成和功能化。因此，黄怀义副教授进一步探索了Ir3在PBS中NADH、NADPH和几种氨基酸的光氧化催化活性，研究结果表明，Ir3是通过单电子转移（SET）机制氧化NADH、NADPH和氨基酸的有效光催化剂，在光照过程中，检测到了H₂O₂，表明该过程产生了超氧阴离子O₂-。
随后，黄怀义副教授又研究了三者对正常细胞和癌症细胞（包括耐药癌症细胞）的光细胞毒性活性。研究结果表明， Ir3在黑暗中对正常细胞显示出低毒性（IC₅₀>100μM），对顺铂和索拉非尼耐药细胞系表现出很高的光细胞毒性，IC₅₀值分别约为0.37μM和20μM。此外，斑马鱼和小鼠的体内肿瘤模型也证明了Ir3具有较高的生物相容性和光催化抗癌效率^[1]。

图2 Ir<sup>III</sup>光催化剂诱导的NADPH光氧化和癌细胞凋亡机制示意图

图2 Ir^III光催化剂诱导的NADPH光氧化和癌细胞凋亡机制示意图

黄怀义，中山大学教授，博士生导师，广东省杰出青年基金获得者。主要研究方向为肿瘤能量和物质代谢重编程的分子机制，开发了肿瘤光催化治疗策略。以金属光催化剂为光激活的化学工具，扰乱肿瘤细胞的电子传递和物质合成基础，实现肿瘤代谢重编程的时空调控，为光活化金属抗肿瘤药物研究提供了全新的策略。相关研究成果以第一或通讯作者发表于Nat. Chem.、Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. China Chem.、Coord. Chem. Rev.、Biomaterials等国内外权威学术期刊发表60余篇论文，获得11项金属药物中国发明专利授权。

百灵威独家供应中山大学黄怀义副教授开发的新型金属铱光催化剂，产品优势如下：

光催化反应性能优异，可用于肿瘤光催化治疗研究、光催化有机合成反应、光催化产氢、细胞成像等研究领域；
具有独特的激发态氧化还原电位，能够作为光催化反应的激发态氧化剂或还原剂；
光稳定高、易于保存、操作安全、应用范围广、反应高效。

参考文献

Huang C, Liang C, Sadhukhan T, et al. In‐vitro and in‐vivo photocatalytic cancer therapy with biocompatible iridium (III) photocatalysts[J]. Angewandte Chemie, 2021, 133(17): 9560-9565.

黄怀义副教授科研成果｜新型铱光催化剂——体内/外诱导癌细胞凋亡

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