响应性BODIPY组装体的构筑及其在光动力疗法中的应用

Photodynamic therapy (PDT) is a noninvasive technique for the treatment of a variety of cancer tumors by the combined use of visible or near-visible light with a photosensitizing drug and oxygen, in which the photosensitizer is critical for PDT. In this proposal, amphiphilic BODIPY derivatives with long exitation wavelength will be rationally desgined and synthesized as building blocks in supramolecular self-assembly, together with the introduction of pH and/or GSH stimuli-responsive functional groups. The smart stimuli-responsive assemblies, such as micelle and vesicle, would be constructed via self-assembling processes. The morphologies, photophysical properties and quantum yield of singlet oxygen will be investigated to reveal the relationship between the function and structures of building blocks and aggregates, as well as to control the yield of singlet oxygen. The photo-induced cytotoxicity for cancer cells was studied to reveal the relationship among efficacy, chemical structures of BODIPY building blocks and morphologies of aggregates. It is envisaged that these results will provide a fundamental understanding for design and synthesis of effective BODIPY based photosensitizers with low dark cytotoxicity in PDT, along with the promise for the diagnosis and treatment of cancers.

光动力疗法（PDT）是以光、光敏剂和氧三者相结合来治疗恶性肿瘤的一种技术；其中，光敏剂是PDT的关键要素。本项目拟从超分子自组装的角度出发，设计合成在近红外有强吸收的两亲性BODIPY光敏剂作为自组装基元，并向其中引入对pH和/或GSH等敏感的作用位点，通过分子自组装构筑具有响应性的超分子组装体（如胶束、囊泡），作为BODIPY光敏剂传递的载体。研究该组装体在不同刺激条件下的结构形貌、光物理性质和单线态氧产率等的变化规律，揭示组装基元、组装体的结构与性能之间的内在联系，实现对组装体单线态氧产率等功能的有效控制。研究该组装体对肿瘤细胞的PDT效能，总结并建立PDT效能与BODIPY光敏剂组装基元的化学结构、组装体的结构形貌之间的构效关系。本项目的研究结果将为开发可用于PDT的、高效低毒的新型BODIPY光敏剂超分子体系提供实验和理论依据，并为实现对癌症的诊断和治疗提供有益探索。

超分子自组装是组装基元通过弱键相互作用自发地形成特定结构的过程，是创造新物质和产生新功能的重要手段。本项目以设计合成具有特定功能的组装基元为主线，合成了基于BODIPY、四硫富瓦烯和水杨醛吖嗪等为功能核心单元的两亲性组装基元，通过这些两亲性分子的自组装或与其他主体分子的共组装等，得到了囊泡、纳米颗粒和准轮烷等超分子组装体，研究了外加刺激条件对组装体结构和功能的调控，并研究了组装体对乳腺癌的光动力治疗效果以及对细胞线粒体的选择性成像等；此外，通过配体的设计合成以及后修饰等方法，将各种不同的光敏基元（BODIPY、苯并硒二唑、四苯乙烯等功能单元）引入到金属有机骨架材料中，构筑了一系列具有UiO拓扑结构的金属有机骨架，研究了它们在可见光催化有机化学反应等方面的应用。总之，我们不仅构筑了以BODIPY为功能核心单元的超分子组装体系和材料，并拓展了其他功能超分子体系和材料以及它们的应用；这些研究结果为设计合成新型功能性超分子体系和材料奠定了一定的基础，共发表SCI论文10篇（其中项目负责人为第一作者或通讯作者9篇），申请发明专利3项。