1 中国科学院理化技术研究所 光化学转换与功能材料重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学 未来技术学院，北京 100049
3 西北工业大学 柔性电子前沿科学中心，陕西 西安 710129
随着细菌耐药性的不断播散，尤其是“超级细菌”的出现，临床可用抗生素药物越来越少，迫切需要发展新的高效、低毒和无耐药性的抗菌材料和技术。本研究采用生物质绿茶作为碳源，通过溶剂热法，成功制备了具有光动力治疗（Photodynamic therapy，PDT）性能的绿茶衍生碳点（T-CDs）。在660 nm激光照射下，所制备的T-CDs 能够有效产生活性氧。细胞和活体实验表明，T-CDs具有优异的生物相容性，且产生的活性氧能杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，从而通过降低细菌引起的伤口炎症，加速伤口愈合。本研究所制备的T-CDs能够通过PDT杀灭致病菌，促进感染伤口愈合，为开发抗生素替代药物提供了新的思路，同时对探索耐药菌感染伤口临床治疗新方案具有重要参考价值。
碳点 光动力治疗 耐药菌感染 生物质 carbon dots photodynamic therapy drug-resistant bacteria biomass
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
光动力治疗（photodynamic therapy，PDT）一直是黑色素瘤治疗领域的主要方法，而研发更为高效的光敏剂是改进治疗的关键所在。为了提高光动力治疗的效果，设计了一种新型的光敏剂药物，其以传统的光敏剂原卟啉IX（Protoporphyrin IX，PpIX）为基底材料，通过所合成的PMHC18-mPEG将去甲基化药物SGI-1027和PpIX包裹起来形成SGI@ PpIX-mPEG复合体系。PpIX受到光照之后会导致细胞产生大量活性氧（reactive oxygen species， ROS），从而使下游的Caspase-3蛋白含量增加，同时去甲基化药物会上调GSDME蛋白的含量。研究结果表明，所合成的新型光敏剂药物不仅能够产生活性氧杀死癌细胞，而且能够通过Caspase-3蛋白和GSDME蛋白的相互作用进一步导致细胞焦亡从而提升光动力治疗的效果。
光动力治疗 光敏剂 活性氧 去甲基化 细胞焦亡 photodynamic therapy photosensitizer reactive oxygen species demethylation pyroptosis
1 南京工业大学先进材料研究院，江苏 南京 211816
2 江苏师范大学化学与材料科学学院，江苏 徐州 221116
谷胱甘肽（GSH）在多种肿瘤细胞中过表达，是肿瘤微环境的重要特征之一，以GSH作为触发因子可以实现肿瘤的精准治疗。GSH是一种内源性抗氧化剂，其分子结构中的巯基官能团能够快速消耗肿瘤细胞内的活性氧物种（ROS），降低光动力治疗（PDT）的效果；相反，GSH的消耗也可以增强PDT。因此，以GSH作为生物靶标及触发因子设计GSH响应型光敏剂有望实现高效精准的肿瘤PDT。本文首先对GSH在生物体内的作用进行了简单介绍，进而对GSH激活型和GSH消耗型光敏剂的响应机制与响应型PDT进行了详细阐述，最后对GSH响应型光敏剂在肿瘤光动力治疗中面临的挑战以及未来的发展方向进行了讨论。
医用光学 谷胱甘肽 肿瘤微环境 光动力治疗 光敏剂 光治疗
教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室，西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
光动力治疗以其高度选择性和低侵入性已在肿瘤和皮肤类疾病的临床治疗中展现出巨大的优势和广阔的前景。基于近红外光激发的双光子光动力治疗克服了传统紫外-可见光在生物组织中穿透能力有限的缺点，同时，非线性光学效应提升了光激活的时间和空间分辨率，使得其在深层肿瘤和病灶的精准诊疗中受到广泛关注。本文介绍了双光子光动力的基本原理，总结了目前高效双光子光敏剂的开发设计以及双光子光敏特性的表征技术，以具有聚集诱导发光特性的光敏剂为代表，对当前双光子光动力治疗的研究进展进行讨论和分析。最后对双光子光动力治疗未来的发展方向进行了展望。
医用光学 双光子 光动力治疗 光敏剂 近红外光 聚集诱导发光 中国激光
2022, 49(15): 1507101
1 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
自动量化评估小鼠脊背皮窗血管损伤对于血管靶向光动力疗法（V-PDT）的个性化精准治疗研究具有重要意义。V-PDT治疗过程中，受小鼠呼吸、心跳和不自主运动等因素影响，小鼠脊背皮窗窄带光血管图像会发生不同程度的非刚性形变，从而引起血管损伤量化误差。结合基于特征和灰度配准方法的优点，提出了一种判断式图像混合配准算法。首先基于配准组别图像均方差值（MSD）区分剧烈形变和轻微形变。对于轻微形变，直接采用微分同胚Demons（Log-Demons）算法进行配准；对于剧烈形变，先采用speeded up robust features thin-plate splines（SURF-TPS）算法进行全局配准，随后采用Log-Demons算法进行局部配准。实验结果表明，与SURF-TPS、Log-Demons及SURF-TPS+Log-Demons算法相比，所提算法既有最优的配准精度，又有较高的时间处理效率，而且能有效校正剧烈形变所导致的血管损伤评估误差。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617020
1 中国科学院理化技术研究所 光化学转换与功能材料重点实验室， 北京 100190
2 中国科学院大学 未来技术学院, 北京 100049
碳点作为一种新型碳纳米材料，具有优异的光学特性、良好的生物相容性以及催化活性，在生物医学、能源、环境等领域展现出巨大的应用潜力。红光/近红外光响应碳点具有组织穿透深度大、生物体自发光干扰较小、对组织损伤小等优点，在生物医学研究领域倍受关注。本文首先介绍了影响碳点吸收/发光的因素，随后评述了近几年红光/近红外光响应碳点在肿瘤治疗中的新进展，主要包括光动力治疗、光热治疗、光动力/光热协同治疗等。同时，针对肿瘤微环境的特点，介绍了微环境响应型碳点及其在肿瘤治疗中的应用研究进展。最后，对碳点在肿瘤治疗领域存在的挑战进行了展望。
碳点 光动力治疗 光热治疗 肿瘤微环境 carbon dots photodynamic therapy photothermal therapy tumor microenvironment
华南师范大学物理与电信工程学院, 广州 510006
通过化学气相沉积法制备了g-C3N4@C-TiO2纳米颗粒, 利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱(FS)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、能谱(EDS)等对纳米颗粒进行表征。分别研究了暗室条件及光照条件下g-C3N4@C-TiO2纳米颗粒对HL60细胞的作用效果。采用CCK-8法探究了一系列质量浓度梯度的纳米颗粒处理HL60细胞后的存活率, 并且通过荧光探针标记技术检测细胞内活性氧水平。试验结果表明, 在C-TiO2表面包裹g-C3N4, 可将TiO2可吸收的光波长范围拓展至可见光波段。制备的g-C3N4@C-TiO2粒径在10～20 nm, 满足其进入细胞的尺寸要求。暗毒性试验表明g-C3N4@C-TiO2纳米颗粒在暗室条件下对细胞的毒性较小, 证明了其具有良好的生物相容性。同时, 与TiO2和C-TiO2纳米颗粒处理组相比, g-C3N4@C-TiO2处理组的光动力灭活效率高达(76.5±1.9)%, 表明其可能成为治疗白血病的潜在光敏剂。
光动力治疗 光敏剂 HL60细胞 肿瘤细胞凋亡 photodynamic therapy g-C3N4@C-TiO2 g-C3N4@C-TiO2 photosensitizer HL60 cells apoptosis of tumor cells
福建师范大学, 医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福州 350007
识别和分析病灶区域是光动力治疗的一个重要环节。以鲜红斑痣疾病为例, 光动力治疗是利用光、光敏剂和分子氧对病变细胞进行强烈的光动力作用, 让活性氧杀死病变细胞, 最终达到治疗疾病的目的。传统的治疗方案存在病灶区域无法精确诊断、无法精准治疗和总体治疗成本较高等问题。本研究方案设计了一款用于照射治疗鲜红斑痣的窄光谱LED光源, 根据病灶特征计算病灶区域分布与病灶程度, 最后根据计算结果制作非均匀透射密度的胶片, 用于精准调控治疗光源强度。试验结果显示,图像特征提取技术、设计的光源和胶片能够解决光动力治疗中无法精确诊断、无法精准治疗和治疗光源均匀性等问题, 在试验描述的鲜红斑痣治疗方面具有广阔的应用前景。
特征识别 特征提取 图像处理 光动力治疗 机器视觉 feature recognition feature extraction image processing photodynamic therapy machine vision
华南师范大学生物光子学研究院, 激光生命科学研究所教育部重点实验室, 广州510631
光动力治疗是一种利用特定波长的激光激发光敏剂产生活性氧物种(ROS), 进而对肿瘤细胞进行杀伤的治疗模式。然而, ROS的半衰期很短, 且只能作用在产生部位附近, 这明显限制了光动力治疗的疗效。细胞器是细胞能正常工作和运转不可缺失的部分。因此, 将光敏剂有效地靶向递送至细胞器是一种提高光动力治疗效果的有效策略。本文将介绍有机靶向光敏剂的设计原理、靶向策略、目前面临的挑战和未来的发展方向。
线粒体靶向 光敏剂 光动力治疗 活性氧物种 细胞器 organelles targeting photosensitizer photodynamic therapy reactive oxygen species organelle
苏州大学 功能纳米与软物质研究院, 江苏 苏州 215123
近二十年来,光功能纳米材料因其具有优越的光热转化与光敏化能力而被广泛研究用于肿瘤光学治疗,并展现出了良好的临床转化潜力。本文结合作者自身的科研经历,展望了基于光功能纳米材料的肿瘤光学治疗在其未来的临床转化过程中所面临的挑战与机遇,倡导相关科学家直面制约肿瘤光学治疗临床转化的若干问题,共同推进肿瘤光学治疗在临床中的应用,早日造福广大肿瘤患者。
光功能纳米材料 肿瘤光学治疗 肿瘤光热治疗 肿瘤光动力治疗 photo-functional nanomaterials cancer phototherapy photothermal therapy photodynamic therapy
