理想的抗 癌藥物應(yīng)該是有效殺死迅速產(chǎn)生的細(xì)胞，直接靶向腫瘤部位，并且在到達(dá)患病區(qū)域之前藥物 是無(wú)毒的。以鉑II（PtII）為基礎(chǔ)的化學(xué)ZL藥物已經(jīng)改變了許多人的生活，其中Z常用的藥物是順鉑(Cisplatin)， 可以ZL和治愈例如膀胱，乳腺，子宮頸，肺，卵巢和頭頸部的癌癥疾病。 PtII 以活性藥物形式與 DNA 結(jié) 合，從而干擾細(xì)胞復(fù)制，殺死迅速增殖的癌細(xì)胞。 但是，PtII 對(duì)健康細(xì)胞也有毒，導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，尤 其是對(duì)于那些患有腎臟疾病的患者。非活性（前藥）PtIV 對(duì)應(yīng)物對(duì)正常細(xì)胞幾乎沒(méi)有毒性，甚至可以通過(guò)催 化轉(zhuǎn)化為活性 PtII 藥物。了解這些生物學(xué)機(jī)制并利用定向光療法可以為治愈癌癥提供新穎的ZL方法。為 此，研究人員必須首先確定 Pt 還原過(guò)程中的催化過(guò)程和中間態(tài)。 愛(ài)丁堡儀器的 LP980 瞬態(tài)吸收光譜儀和 FLS1000 熒光光譜儀可以wan美匹配新型療法的測(cè)量和改進(jìn)（圖 1）。

圖 1. (左)愛(ài)丁堡儀器公司的 LP980 瞬態(tài)吸收光譜儀和(右)FLS1000 光致發(fā)光光譜儀。

一組來(lái)自西班牙和意大利的科學(xué)家，由 Donostia 國(guó)際物理ZX（西班牙，圣塞瓦斯蒂安）的 Luca Salassa教授領(lǐng)導(dǎo)，與巴斯克地區(qū)大學(xué)（西班牙，畢爾巴鄂）的 Virginia Martínez-Martínez 博士合作， 利用愛(ài)丁堡儀器（Edinburgh Instruments）時(shí)間分辨熒光和瞬態(tài)吸收光譜儀研究了在生物環(huán)境中黃素（FLs）將 PtIV 前藥復(fù)合物轉(zhuǎn)化為活性 PtII 藥物底物的光催化機(jī)理。盡管金屬配合物在催化反應(yīng)中很少被稱為底物，但研究人員能夠證明黃素是這些 PtIV 前藥底物的有效氧化還原光催化劑，并表明該催化過(guò)程是由黃素的光引發(fā)三重態(tài)驅(qū)動(dòng)的。

圖 2.（左）PtIV 到 PtII 還原的光催化機(jī)理：光激發(fā)三重態(tài)黃素介導(dǎo)，從 NADH 獲取了兩個(gè)電子。（右）此研究中黃素以及黃素單核苷酸

（FMN），Pt IV 前藥（1） 圖 2 說(shuō)明了黃素將 PtIV 前藥底物還原為活性 PtII 藥物底物的光催化循環(huán)。黃素吸收帶中的光激發(fā)產(chǎn)生激發(fā)單重態(tài)，迅速經(jīng)歷系間竄越，變成激發(fā)三重態(tài) 3FL*。由于 3FL*的巨大氧化潛力，它能夠從生物供體（如 NADH）中提取兩個(gè)電子，以產(chǎn)生活性催化物質(zhì) HFL–（或 H2FL，取決于溶液的 pH）。然后，HFL–可以將 PtIV 前藥底物還原為活性 PtII 藥物底物并重復(fù)該循環(huán)。在沒(méi)有光照的情況下，該過(guò)程仍然可以進(jìn)行，但是效率大大降低。為了驗(yàn)證該過(guò)程，研究人員研究了在無(wú)氧環(huán)境中黃素單核苷酸（FMN）和 NADH光照射后的吸收光譜。這表明發(fā)生了向 HFMN-轉(zhuǎn)變的特征吸收變化。對(duì)光照射后 FMN，NADH 和 PtIV底物 1（圖 1）進(jìn)行的進(jìn)一步 H1NMR 研究表明，存在 HFMN–，并且在溶液中添加了 PtIV 底物 1 后，其返回 FMN。

圖 3.（頂部）使用 ICCD 探測(cè)器測(cè)試 3FMN *時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜，（底部）使用 PMT 測(cè)量 FMN、FMN + NADH 和 FMN + NADH + PtIV 底物 1 在 700 nm 下的三重態(tài)壽命曲線顯示了主體 3FMN *壽命的明顯淬滅。 所有測(cè)量的激發(fā)波長(zhǎng)均為 445 nm。

為了進(jìn)一步證明這種光催化機(jī)制的中間狀態(tài)，研究人員巧妙地利用了納秒瞬態(tài)吸收來(lái)單獨(dú)測(cè)量光激發(fā)的 FMN 本身及其并結(jié)合了 NADH 和 PtIV 底物 1（圖 3）后的光譜和壽命信息。一個(gè)寬的、高振蕩強(qiáng)度的近紅外三重態(tài)吸收與 3FMN*的形成直接相關(guān)，3FMN*的壽命在加入 NADH 和 PtIV 底物 1 后從 14μs 急劇地淬滅到大約 2.4μs。該數(shù)據(jù)表明 3FMN*GX地三重態(tài)產(chǎn)生，是引發(fā)催化循環(huán)所需的主要光產(chǎn)物。為了確保單重態(tài)在光催化過(guò)程中的參與Z小化（如果有的話），對(duì) FMN，NADH 和 PtIV 底物 1 的光譜及其相關(guān)壽命進(jìn)行了光致發(fā)光測(cè)量。

圖4. FMN, FMN + NADH, and FMN + NADH + PtIV 底物 1,的熒光壽命，表明對(duì)于主體 FMN 的 4.7 ns 的單重態(tài)壽命沒(méi)有猝滅變化。激發(fā)波長(zhǎng)為 445  nm，以 FMN 在 540 nm 處的發(fā)射峰為發(fā)射波長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 

圖 4 為 FMN、FMN + NADH、FMN + NADH + PtIV 底物 1 的熒光衰減曲線；當(dāng)加入另外兩種分子 時(shí)，F(xiàn)MN 的 4.7 ns 壽命并沒(méi)有發(fā)生變化。這說(shuō)明 NADH 和 PtIV 底物 1 都不與光激發(fā)單重態(tài) 1FMN*相互作用，光催化過(guò)程僅在單重態(tài)發(fā)生系間竄越后形成 3FMN*時(shí)才開(kāi)始。

結(jié)論 

利用光催化過(guò)程是藥物化學(xué)家可用于開(kāi)拓新型藥物分子系統(tǒng)，遞送和ZL方法的眾多工具之一。 愛(ài)丁堡儀器 LP980 瞬態(tài)吸收和 FLS1000 光致發(fā)光光譜儀經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，可為研究人員提供zui佳的測(cè)量 方法，以研究和了解潛在的光催化機(jī)理，從而使這項(xiàng)激動(dòng)人心的研究達(dá)到ZG水平。 

文章鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b02863 

圖片經(jīng)授權(quán)后再排版，引用于 ACS Catal. 2020, 10, 187-196。