肿瘤光疗法主要包括光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT），是利用光敏剂在激光照射下产生活性氧（ROS）或者热量来破坏肿瘤细胞。与传统的手术、放疗、化疗相比，PDT和PTT因具有无创、副作用小、无明显耐药性等优势而受到广泛关注。然而，癌细胞对单一PTT治疗可产生保护性热休克效应，低氧肿瘤微环境也会降低单一PDT治疗效果。兼具PTT和PDT协同效应的光敏剂分子可克服PTT或PDT单独使用的缺陷，提高光子利用效率，是进行肿瘤光疗法的理想光敏剂。目前，开发同时具有高光热转化效率、高单线态氧量子产率、高光稳定性等优点的近红外有机光敏剂，仍然是肿瘤光疗法研究领域的关键点。

近日，南开大学药学院、药物化学生物学国家重点实验室赵炜教授团队在国际学术期刊 《Advanced healthcare materials》发表题为“A Dual-Function Hemicyanine Material with Highly Efficient Photothermal and Photodynamic Effect Used for Tumor Therapy”的研究论文。

根据Jablonski能级图，有机分子吸收能量从基态跃迁到激发态，随后可以通过辐射衰减、非辐射衰减、系间窜越（ISC）等途径释放能量回到基态。本研究采用抑制辐射衰减能量消耗，来增加非辐射衰减和ISC途径的策略，抑制荧光发射消耗的能量从而增强了光热转换效率和单线态氧量子产率。首先使用苯并[c, d]吲哚取代半花菁的吲哚片段，合成一种半花菁光热剂命名为Cy-BI。与经典的吲哚半花菁相比，Cy-BI无荧光信号，但具有较高光热转换效率（PCE=46.23%）。在光热剂Cy-BI的基础上，氧杂蒽环骨架的中位引入富电子自由旋转的苯基，得到了PTT/PDT双功能光敏剂Rh-BI。得益于电荷重组（CR）诱导的ISC，Rh-BI降低了单线态和三线态之间的能级差（ΔES-T=0.057 eV），使Rh-BI额外获得了产生单线态氧的能力，同时还保持较高的光热转化率（41.67%）。并且由于扩展了分子π共轭体系使Rh-BI吸收波长红移至831 nm，组织穿透力更深，在831 nm处的摩尔消光系数显著也提高至13.58×104 M-1 cm-1。

此外，在808 nm激光照射下Rh-BI对不同类型的肿瘤细胞均表现出明显的光毒性，在4T1细胞中半抑制浓度（IC50）低至0.5 μM。在体内实验中，激光照射下Rh-BI对4T1荷瘤小鼠表现出明显的肿瘤消融能力。综上，本研究提供了一种通过调节能量消耗途径设计基于半花菁骨架PTT/PDT协同效应光敏剂的策略，并成功构建了具有高光热转化效率、高光稳定性、高摩尔吸光系数和单线态氧量子产率的近红外光敏剂Rh-BI。

本论文第一作者为南开大学药学院博士研究生张铭璐，南开大学药学院赵炜教授、南开大学药学院博士后金洪真、中科院高能物理研究所副研究员汪冰为共同通讯作者。南开大学为第一完成单位。该研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金委项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202303432