光疗（Phototherapy）作为一种新型的癌症治疗方式，由于其无耐药性、创伤小等优点，已成为一种能够有效杀死癌细胞和提高临床效果的微创癌症治疗方法。光疗包括光动力疗法（Photodynamic therapy ，PDT）和光热疗法（Photothermal therapy ，PTT）。对光动力治疗来说，氧气是产生细胞毒性物质单线态氧的重要组成成分，肿瘤乏氧处不利于光动力治疗；对光热治疗来说，氧气是应用光热转换效率的一个重要因素，富氧处光热转换效率容易降低。
精细化工国家重点实验室樊江莉教授团队提出了一种新颖的策略，开发了一例基于氧气含量调节激发态失活过程的近红外光敏剂（Icy-NBF）。肿瘤氧气含量的降低会诱导细胞内硝基还原酶的表达增多，Icy-NBF会与硝基还原酶（NTR）发生特异性响应，含芳硝基的基团经还原后脱除，得到分子Icy-NH2（整个过程如图1所示）。在整个催化还原过程中，光敏剂的激发态失活过程也发生了变化。对于光敏剂（Icy-NBF），在808 nm光照射下，激发态失活过程为辐射跃迁和与氧气的能量转移。对于Icy-NH2，激发态失活过程主要归因于光诱导电子转移引起的非辐射弛豫。由此，光敏剂Icy-NBF可以在肿瘤有氧处进行氧气敏化产生的单线态氧进行光动力治疗，也可在乏氧处转化为Icy-NH2，对乏氧肿瘤进行不需要氧气的光热治疗。与FDA批准的临床光敏剂ICG相比，Icy-NBF从氧气敏化和光热转换两方面均提高了对光子的利用。在细胞光疗评估中对有氧和乏氧癌细胞均表现出优异的抗癌效果，并最终在肿瘤活体治疗中，将肿瘤完全抑制甚至消除。这项研究为未来开发高效光子利用的光疗用光敏剂提供了具有指导性的分子设计策略。
图1. 提升光子利用效率的近红外光敏剂工作原理示意图
相关成果发表于J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1510−1517。文章第一作者是本课题组博士研究生赵学泽，通讯作者为大连理工大学樊江莉教授，以上工作得到了国家杰出青年基金、基金委群体项目、NSFC-辽宁联合基金的大力支持。
