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长久以来，阳光的利用一直都是人类探索的重要课题。早在三千年前，使用阳光照射身体以达到治疗疾病的方法便出现在中国、埃及和印度等国家，成为现代日光浴疗法的鼻祖。直到一百多年前，人们发现卟啉这种染料在光照之后会产生极强的细胞毒性。在随后的临床研究中，人们发现这种方法能够用于癌症的治疗。科学家发现，在光照情况下，光敏剂（如卟啉等染料）会吸收光的能量，然后转移给邻近的氧生成氧化性极强的单线态氧（1O2）和其它活性氧自由基（ROS），从而杀死周围的癌细胞。随后人们将这种利用光敏剂、氧气和光的疗法称为光动力疗法（photodynamictherapy）。与传统的癌症治疗方法（例如化学疗法、放射疗法以及外科手术）相比，光动力疗法具有非常好的区域选择性以及对正常组织很低的危害性。
目前大多临床应用的光敏剂依旧是基于血卟啉的衍生物，但是这类光敏剂有明显的缺陷，例如较差的单重态氧转化率、需要长时间的光照及对人体皮肤有光敏化的副作用等。正因为如此，对新型光敏剂的开发研究迫在眉睫。近年来，研究人员将目光转移到基于重金属（铂、钌、铱）的有机过渡金属配合物，该类配合物具备理想光敏剂应有的几大要素高三线态量子产率、长三线态寿命和可调节的基态吸收等。而相比于大多数基于单核配合物的光敏剂，双核配合物的研发仍旧是光动力光疗领域内的一大空白。
光敏剂的设计思路
最近，美国北达科达州立大学的孙文芳教授课题组设计和合成了一系列基于三齿配体的双核三价铱（III）配合物，并应用于基于可见光的体外癌细胞的光动力治疗中。分子的基本设计思路是：使用π共轭的芴作为桥联基团连接两个三齿铱（III）配合物来增加配体的π共轭体系，以期使基态吸收红移并延长三重态寿命；在芴的C9号位引入烷基链以增强目标分子的脂溶性，进而增强其对于细胞膜的透过能力；在芴的两边分别通过单键（或三键）连接三联吡啶配体来调节共轭长度；在分子的末端使用不同类型的三齿螯合配体（例如N^N^N、N^C^N、C^N^N和C^N^C）来调节配合物的光物理性质和总电子数（后者可影响配合物的水溶性）。作者发现，当使用三键连接（增加共轭长度）或末端配体包含更多的苯环（σ供电子能力增强）时，铱配合物的基态吸收逐步红移至nm，从而满足光敏剂对于长波可见光吸收的要求。同时，瞬态吸收波谱表明，配合物Ir1和Ir4的最低三线态都是源于以芴为核心的桥联配体。但是，Ir4的三线态寿命达到48微秒，比Ir1高出一个数量级。这是由于相比于Ir1上的N^N^N配体，Ir4上的C^N^N配体具有更强的配体场效应，从而使基于桥联配体的长寿命最低三重态（3π,π*）和短寿命的高能级电荷转移三重态（3CT）相差更大，因而保持最低三重态的长寿命。其余配合物的最低三重态均包含很大程度的电荷转移（3CT）特质，使其激发态寿命相对较短。所有配合物在光照下的溶液中都能产生单重态氧，因而在对于体外肿瘤细胞SK-MEL-28的治疗活性研究中发现，这些配合物在可见光的激发会产生极强的细胞毒性（EC50≤1μM）。在无光照的情况下，光敏剂Ir1、Ir3和Ir5表现出很低的暗毒性。其中，Ir3的光疗指数（PhototherapeuticIndex）可达到。Ir1的光疗指数也可达到，比相应的单核光敏剂的光疗指数高55倍。这项研究成果表明，基于三齿配体的双核铱配合物的光敏剂仍然值得随后深入研究。
（a）铱配合物的紫外可见吸收光谱（实验及DFT计算结果）；（b）铱配合物的纳秒瞬态吸收光谱；（c）在可见光（蓝色）和红光（红色）的激发下，光敏剂Ir1-Ir5对肿瘤细胞SK-MEL-28的光疗活性及和对正常细胞CCD-Sk活性的对比。
这一成果近期以全文的形式发表在InorganicChemistry上，文章的第一作者是北达科达州立大学的博士研究生刘冰清，通讯作者是孙文芳教授。
该论文作者为：BingqingLiu,SusanMonro,LeviLystrom,ColinG.Cameron,KatsuyaColon,HuiminYin,SvetlanaKilina,SherriA.McFarland,WenfangSun
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