Near‐Infrared Heptamethine Cyanine Photosensitizers with Efficient Singlet Oxygen Generation for Anticancer Photodynamic Therapy

单线态氧 光动力疗法 化学 光化学 量子产额 光毒性 氧气 有机化学 荧光 生物化学 量子力学 物理 体外
作者
Wenkai Liu,Shan He,Wei Wang,Chengyuan Lv,Hua Gu,Jianfang Cao,Jianjun Du,Wen Sun,Jiangli Fan,Peng Xiao-jun
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202411802
摘要

Near‐infrared photosensitizers are valuable tools to improve treatment depth in photodynamic therapy (PDT). However, their low singlet oxygen (1O2) generation ability, indicated by low 1O2 quantum yield, presents a formidable challenge for PDT. To overcome this challenge, the heptamethine cyanine was decorated with biocompatible S (Scy7) and Se (Secy7) atom. We observe that Secy7 exhibits a redshift in the main absorption to ~840 nm and an ultra‐efficient 1O2 generation capacity. The emergence of a strong intramolecular charge transfer effect between the Se atom and polymethine chain considerably narrows the energy gap (0.51 eV), and the heavy atom effect of Se strengthens spin–orbit coupling (1.44 cm−1), both of which greatly improved the high triplet state yield (61%), a state that determines the energy transfer to O2. Therefore, Secy7 demonstrated excellent 1O2 generation capacity, which is ~24.5‐fold that of indocyanine green, ~8.2‐fold that of IR780, and ~1.3‐fold that of methylene blue under low‐power‐density 850 nm irradiation (5 mW cm−2). Secy7 exhibits considerable phototoxicity toward cancer cells buried under 12 mm of tissue. Nanoparticles formed by encapsulating Secy7 within amphiphilic polymers and lecithin, demonstrated promising antitumor and anti‐pulmonary metastatic effects, exhibiting remarkable potential for advancing PDT in deep tissues.

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