近红外二区光驱动的光动力治疗在克服肿瘤乏氧环境中的研究进展

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240061

摘要/Abstract

摘要：

光动力疗法因其具有非侵入性、低毒性、高时空选择性和特异靶向性等独特优势而被广泛应用于肿瘤治疗。该疗法利用光敏剂、光和氧分子，通过光敏剂介导产生活性氧自由基导致氧化损伤选择性地引起靶细胞的凋亡和坏死。然而，传统光动力疗法仍存在一些缺点，如光的组织穿透性有限、分子氧依赖以及肿瘤对治疗的固有障碍，这在很大程度上限制了肿瘤治疗效果。近些年来，国内外科研团队积极开发各种新型光敏剂，并将其与近红外光激发相结合，使得光动力疗法能够更深入地作用于肿瘤组织。针对深层肿瘤组织乏氧环境，进一步采取改善、利用该肿瘤微环境的策略，克服深层肿瘤组织缺氧对光动力疗法的限制，有助于优化肿瘤抑制效果。本文在阐明光动力疗法工作机制的基础上，系统总结讨论了近5年来近红外二区激光激发的光动力疗法在克服肿瘤乏氧障碍的最新进展，包括增加肿瘤组织内部氧含量和通过耐受缺氧环境2种方式针对性开发新型光敏剂，并对其发展前景进行了展望。

关键词: 纳米材料, 光动力治疗, 肿瘤治疗, 近红外二区, 乏氧

Abstract:

Photodynamic therapy has been widely used in tumor treatment for decades because of its non-invasive nature， temporal and spatial selectivity， and lower side effects. It employs photosensitizers， light and oxygen molecules to selectively induce apoptosis and necrosis of target cells through photosensitizer-mediated generation of free radicals leading to oxidative damage. However， the drawbacks of conventional photosensitizers， limited tissue penetration of light， molecular oxygen dependence， and inherent tumor barriers against treatment have largely limited the efficacy of photodynamic therapy. Various novel photosensitizers under near-infrared light excitation have been developed in recent years to overcome these barriers and enable photodynamic therapy for deep tumors. Concerning the oxygen-deprived environment of deep tumor tissues， it is helpful to optimize the efficacy of tumor inhibition through strategies that improve， exploit the hypoxic tumor microenvironment. In this review， on the basis of elucidating the working mechanism of photodynamic therapy， we systematically summarize and discuss the recent advances in the strategy of the second near-infrared window-triggered photodynamic therapy in overcoming tumor hypoxia in the past five years， as well as the prospect of its development.

Key words: Nanomaterials, Photodynamic therapy, Tumor therapy, Second near-infrared window, Hypoxia

中图分类号:

O644

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图/表 8

图1 近红外二区光驱动的光动力治疗在克服肿瘤乏氧环境的研究策略

Fig.1 Strategic design of NIR-?Ⅱ??-triggered photodynamic therapy in conquering the tumor hypoxia environment

图2 PDT的光化学反应机理

Fig.2 Principles of photodynamic reactions

图3 （A）不同样品在NIR辐照下1O2的产生情况；（B） NIR辐照下不同缺氧状态的1O2产量［35］

Fig.3 （A） 1O2 production of different samples；（B） 1O2 production after irradiation in different hypoxic conditions［35］

图4 （A） CoMo-LDH纳米片缺陷工程示意图；通过ABDA衰减情况（B）及ESR光谱图（C）检测CoMo-LDH中1O2的产生情况［48］

Fig.4 （A） Schematic illustration of the defect engineering of CoMo-LDH nanosheets； Identification of 1O2 generation by measuring the absorbance of ABDA in the presence of the CoMo-LDH nanosheets under different environments （B） and ESR spectra of TEMP for the CoMo-LDH nanosheets in different cases （C）［48］

图5 不同纳米复合材料1O2生成情况［54］

Fig.5 The production of 1O2 and related flow cytometry data after different treatments［54］

图6 （A） MnO2/Ag3SbS3一体化纳米平台示意图；（B）不同处理下MnO2/Ag3SbS3的GSH耗竭和溶解氧产生情况［59］

Fig.6 （A） Schematic illustration of all-in-one nanoplatform containing MnO2/Ag3SbS3；（B） GSH depletion and O2 generation under different treatments［59］

图7 （A） CMS@GOx用于PTT/PDT/CDT/饥饿治疗具体示意图；（B）在不添加和添加H2O2的情况下，CMS溶液中溶解氧的生成曲线；（C）添加不同浓度葡萄糖在CMS@GOx溶液中产生H2O2的具体情况：（a） 0 L，（b） 2×10-3 L，（c） 4×10-3 L，（d） 8×10-3 L；（D）不同反应条件下·OH生成情况［65］

Fig.7 （A） Schematic illustration of mechanism of CMS@GOx for PTT/PDT/CDT/starvation therapy；（B） The generation of dissolved O2 in CMS aqueous solution without and with H2O2 addition；（C） H2O2 generation in CMS@GOx solution arising from the addition of different concentrations of glucose：（a） 0 L，（b） 2×10-3 L，（c） 4×10-3 L，（d） 8×10-3 L；（D） Generation of ·OH over CMS or CMS@GOx under different treatments［65］

图8 NO与ROS结合治疗示意图［74］

Fig.8 Illustration for synergistic NO therapy and phototherapy［74］

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