張俊龍課題組與合作者提出“異構(gòu)賦能”的思路構(gòu)筑稀土分子診療試劑
將醫(yī)學診斷和治療以“相輔相成”的方式合二為一，實現(xiàn)診療一體化（theranostics），成為提高疾病防控的重要手段。為了實現(xiàn)這一目標，診療試劑的設(shè)計和制備是關(guān)鍵。常用的構(gòu)筑方式是將不同功能的分子連接或者混合起來。由于這些組分化學本質(zhì)的不同，化學結(jié)構(gòu)往往相差很大，設(shè)計和合成無疑會耗費大量的時間與精力，其應(yīng)用條件（如劑量）的兼容性難以得到保證。因此，能否通過簡單的化學手段，合成結(jié)構(gòu)相似但功能不同的分子，實現(xiàn)“一體化”與“多功能”的兼容，成為診療試劑設(shè)計的新思路。
針對這一問題，北京大學化學與分子工程學院張俊龍課題組進行了較為深入的研究。通過配體區(qū)域異構(gòu)，對配體激發(fā)態(tài)到稀土的能量傳遞過程進行精準控制，在順/反式稀土異構(gòu)體中，分別實現(xiàn)近紅外光學成像和光動力治療功能。近期，他們與美國德州大學奧斯汀分校的Jonathan L. Sessler教授深入討論、交流后，提出“異構(gòu)賦能”的新概念，并在活體中驗證了兩個異構(gòu)體在檢測與治療中的功能裂分。研究成果發(fā)表在Journal of the American Chemical Society（Split and Use: Structural Isomers for Diagnosis and Therapy，Yingying Ning, Yi-Wei Liu, Zi-Shu Yang，Yuhang Yao，Lei Kang，Jonathan L. Sessler*，Jun-Long Zhang*, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6761-6768）。
該研究利用卟啉的芳香性調(diào)控激發(fā)態(tài)的區(qū)域異構(gòu)效應(yīng)，通過β位[3+2]環(huán)加成反應(yīng)，合成了結(jié)構(gòu)相似，但三線態(tài)能級有較大差異的卟吩二酯異構(gòu)體，成功地改變對稀土（鐿）的傳能途徑，有效調(diào)控了順/反式稀土配合物的電子結(jié)構(gòu)與光物理性質(zhì)。在隨后的細胞與小鼠實驗中，作者展示了順式異構(gòu)體的近紅外成像能力和反式異構(gòu)體的光動力治療功能，并在活體（小鼠）進行了診療一體化的概念性驗證。該研究工作首次將“區(qū)域異構(gòu)效應(yīng)”這一精準調(diào)控分子（金屬）電子結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)的手段應(yīng)用于稀土化學生物學，為稀土“異構(gòu)賦能”分子的設(shè)計和應(yīng)用提供新思路。
圖：區(qū)域異構(gòu)調(diào)控配體到激發(fā)態(tài)能量傳遞途徑與功能
張俊龍老師和美國德州大學奧斯汀分校的Jonathan Sessler教授為本文共同通訊作者。寧瑩瑩博士和劉一葦同學（2014級本科生）為并列第一作者。合作者還包括北京大學第一醫(yī)院核醫(yī)學科康磊副教授。該研究得到了國家自然科學基金委員會、科技部以及北京分子科學國家研究中心的經(jīng)費支持。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01155
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