光动力治疗（Photodynamic Therapy，PDT）因具有无创、高时空选择性及较低系统毒性等优势，被认为是肿瘤治疗的重要策略。然而，目前临床及研究中广泛采用的经典II型光敏剂主要依赖能量转移产生单线态氧（1O2）发挥治疗作用，其治疗效果高度依赖氧气浓度。由于实体肿瘤普遍存在严重乏氧微环境，不仅限制了1O2的产生，且光动力过程将进一步消耗氧气，加剧局部缺氧，并诱导肿瘤耐药和转移。此外，肿瘤细胞内富集的NADH等还原性代谢物还能够持续清除活性氧（ROS），进一步削弱治疗效果。因此，如何突破氧依赖限制，实现经典II型光敏剂向乏氧耐受I型光动力机制的精准转变，是当前光动力治疗领域的重要科学挑战。
近年来，电子转移驱动的I型光动力治疗因能够产生超氧阴离子自由基（O2•）等活性物种而受到广泛关注。已有研究表明，通过供受体体系促进电子转移能够在一定程度上实现I型ROS生成。然而，现有超分子组装体或聚合物异质结通常存在界面结构无序、供受体距离及取向随机等问题，导致电子转移效率有限，难以建立清晰的激发态调控机制。因此，如何在分子尺度构筑结构明确的供受体界面，实现激发态电子行为的精准调控，仍是发展高效I型光动力体系亟待解决的关键问题。
近日，北京化工大学彭慧晴课题组受有机光伏（Organic Photovoltaics，OPV）异质结电荷分离机制启发，提出了"生物异质结（Biomedical Heterojunction）"的概念。研究团队利用带正电的有机半导体受体Y6-2Pr与经典阴离子光敏剂Rose Bengal（RB）之间的静电作用，自组装构建具有明确1:2化学计量比的供受体异质结，实现了经典II型光敏剂激发态命运（Excited-state Fate）的重新编程。该策略成功将传统以能量转移为主的II型光敏化过程转变为电子转移主导的I型光动力机制，为经典光敏剂性能升级提供了一种全新的设计思路。研究表明，该分子级异质结不仅具有高达3.06 × 106 M-1的结合常数，而且通过分子动力学模拟证实供受体间距仅约5.3 Å，为轨道重叠和高效电子转移创造了理想条件。飞秒瞬态吸收光谱进一步揭示，在光激发后，RB激发态电子能够在约409 fs内快速注入Y6-2Pr，形成界面电荷转移（CT）态，并进一步演化为电荷分离（CS）态。与此同时，RB原本寿命约93.8 μs的三重态寿命被显著缩短至58.78 ns，说明超快电子转移成功竞争并抑制了系间窜越过程，使经典II型光敏剂的激发态演化路径发生根本改变。
激发态重编程进一步实现了光敏化机制的重构。电子顺磁共振（EPR）、ABDA及DHE等实验表明，异质结显著抑制了1O2生成，同时大幅提高了O2•等I型活性氧产生效率。更重要的是，电子转移产生的光生空穴能够持续氧化细胞内NADH，构建"NADH→异质结→O2"的界面光氧化还原循环，一方面持续消耗肿瘤细胞的还原性代谢物，削弱其抗氧化防御能力；另一方面不断促进电子向氧分子转移，实现超氧阴离子的持续产生。这种"超氧阴离子生成+NADH耗竭"双重协同机制，使该体系在缺氧环境下依然保持优异的光动力活性。细胞及动物实验进一步验证了该策略的治疗优势。与传统RB相比，Y6-2Pr@RB纳米异质结在乏氧条件下仍能够保持高效O2•产生及NADH消耗能力，实现显著增强的肿瘤细胞杀伤效果。4T1荷瘤小鼠体内实验显示，该体系具有良好的肿瘤富集能力及生物安全性，在白光照射下肿瘤抑制率达到95.47%，表现出优异的乏氧耐受光动力治疗效果。该研究将有机光伏异质结中"界面电荷分离"这一核心思想引入光医学领域，在分子尺度建立了结构明确的供受体异质结，实现了经典II型光敏剂激发态命运及光敏化机制的精准重编程，为突破乏氧限制、发展新一代I型光动力治疗体系提供了新的理论基础和分子设计策略，也为有机光电子学与生物医学的交叉融合提供了新的研究范式。
该工作以题为"Reprogramming Photosensitization Mechanisms for Hypoxic Tumor Therapy via Organic Photovoltaic-Inspired Heterojunctions"发表于Angewandte Chemie International Edition期刊。第一作者为北京化工大学博士研究生闫世荣，通讯作者为香港中文大学（深圳）唐本忠教授与北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心彭慧晴教授。课题研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。
文章信息： Shirong Yan, Lu Qiao, Wu-Jie Guo, Shihao Xu, Tongfei Qi, Ben Zhong Tang*, Hui-Qing Peng*. Reprogramming Photosensitization Mechanisms for Hypoxic Tumor Therapy via Organic Photovoltaic-Inspired Heterojunctions. Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e9966547.
原文链接： https://doi.org/10.1002/anie.9966547