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Angew. Chem. ：细菌响应性卟啉：自适应光动力学/光热抗菌
生命科学
作者：X-MOL
2022-05-03
卟啉是一种具有大共轭π体系的染料分子，广泛应用于成像和光疗等领域。基于卟啉的光动力学疗法和光热疗法具有操作简便、治疗效果好、毒副作用低等特点。通常来说，不同的光疗方法对于卟啉的化学结构要求不一，所适用的环境也有所差别。例如，经典的卟啉分子作为光敏剂用于光动力学疗法时，常依赖于有氧环境；而改变卟啉的共轭结构和聚集状态使其具有光热转换性质，则可用于乏氧环境下的光热疗法。能否利用一种卟啉分子响应不同的环境，从而自适应地实施光动力学疗法或光热疗法，尚是一个挑战。
近日，清华大学张希教授团队的徐江飞副研究员等人发现了一种细菌响应性卟啉，其可被还原性的兼性厌氧菌在乏氧环境下还原为卟啰啉（Phlorin），表现出良好的近红外光热转换性质，而在需氧菌生存的有氧环境下则依旧表现为光敏剂。基于此细菌响应性卟啉，实现了自适应的光动力学/光热抗菌，在不同环境下均展现了优异的抗菌效果。
研究人员设计合成了一种水溶性阳离子卟啉分子：5,10,15,20-四(4-N-甲基吡啶基)卟啉（简称TMPyP）。TMPyP外侧修饰有四个带正电荷的吡啶盐基团，提高了水溶性并增强了其与细菌的静电相互作用；同时，吸电子基团的引入也有利于卟啉的还原，其第一步还原电位为-455 mV（vs Ag/AgCl）。
研究发现，一些兼性厌氧菌如大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌在乏氧环境中具有较强的还原性，它们的还原电位低于-500 mV。TMPyP与这些细菌共培养时，可以被原位还原为双电子还原产物Phlorin。Phlorin具有较强的近红外吸收，且光热转换效率高达59.3%。因此，对于乏氧环境下的还原性兼性厌氧菌，TMPyP通过近红外光热疗法展现出优秀的抗菌活性（> 99%）。而在有氧环境中，需氧菌如枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌的还原性较弱，无法还原TMPyP。因而TMPyP仍表现为典型的光敏剂性质，可通过光动力学疗法高效地杀灭需氧菌（> 99.9%）。此外，TMPyP可与葫芦[7]脲通过1:4主客体相互作用形成生物相容性较好的主客体复合物，并应用于小鼠皮下脓肿感染的近红外光热抗菌治疗，展现了良好的抗菌疗效与安全性。
这一细菌响应性的卟啉针对不同种类的细菌表现出自适应的光动力学/光热抗菌模式，为非接触式治疗多种环境下的细菌感染提供了新的方法。
论文信息
A Bacteria-Responsive Porphyrin for Adaptable Photodynamic/Photothermal Therapy
Hao Hu, Dr. Hua Wang, Dr. Yuchong Yang, Prof. Jiang-Fei Xu, Prof. Xi Zhang
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202200799
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Angewandte Chemie International Edition
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