由德克薩斯大學阿靈頓分校的物理系陳偉教授和華南理工大學汪凌云教授領導的一個國際團隊在高影響力的國際期刊Bioactive Materials（影響因子 14.59）上發表了一篇基于聚集誘導發光體的突破性的微波光動力癌癥療法 (MIPDT) 方法。
陳偉教授實驗室的博士生Nil Kanatha Pandey是題為“用于高效微波誘導光動力癌癥治療的聚集誘導發光體”論文的第一作者。該研究由美國德州大學物理系的陳偉教授與華南理工大學化學與化學工程教授汪凌云領導的國際團隊共同合作完成。
光動力治療將光敏劑在腫瘤部位與光相互作用產生活性氧來殺死癌細胞。研究人員認為光動力（PDT）是一種很有前途的癌癥治療方法，因為它具有微創性和低副作用，從而對癌細胞具有很強的殺傷力。
“在人體組織中，光穿透的深度是有限的，”陳偉教授說。“對于位于器官或肌肉深處的癌癥，PDT效果較差，因為我們無法將光傳送到腫瘤部位。”
PDT中使用的常規光敏劑也依賴于氧氣，而在腫瘤往往是缺氧的。因此，在缺氧環境下，PDT的功效顯著降低。
但是另一種稱為熱消融的腫瘤治療方法提供了一種克服傳統PDT困難的途徑。熱消融被認為是聯合癌癥治療中最有效的治療方法之一，因為它可以提高腫瘤對 光動力、化學療法、免疫療法或放射療法的敏感性。在熱消融過程中，組織通過微波技術加熱，導致血管擴張，從而增加血流量。由于血液中的血紅蛋白含有氧氣，熱量會增加氧氣量，從而提高治療效果。
在研究中，該合作團隊采用微波技術來激活一種特殊類型的光敏分子，稱為聚集誘導發光體（AIEgens）。經過研究，陳偉教授 和他的研究人員發現，用微波和AIEgens作用可以有效產生活性氧從而有效殺死癌細胞。
“微波誘導的光動力（MIPDT）是我們首先研發的一種新的癌癥治療方法，與傳統的光動力療法PDT相比具有許多優勢，”陳偉教授說， “例如操作簡單、更快的消融時間和可忽略的副作用， 最突出的是微波的穿透性好，可以用于深部癌癥的治療。”
微波誘導光動力方法可以單獨使用，也可以與其他癌癥治療方法（如手術、化學療法、免疫療法或放射療法）結合使用。
陳偉教授的團隊認為，其研究結果不僅解決了傳統PDT的穿透問題， 還可以與微波消融結合減少微波的劑量或輻照時間從而減少微波輻射而引起的副作用。
AIEgens是一種新型材料（見圖1），它具有與傳統光敏劑相反而有趣現象——高濃度的聚集會抑制傳統光敏劑的發光和活性氧 (ROS) 的產生。然而，對于AIEgens，高濃度的聚集不僅不淬滅而且會增強發光和ROS的產生。這將為發光成像與光動力治療的結合提供了方便。這是第一個有關基于AIEgens微波誘導光動力癌癥治療的工作。陳教授說我們的發現將為 AIEgens的應用打開一扇新的大門。
圖1：代表性聚合發光體的掃描電鏡成像 (a-c) TPEPy-I 粉體樣品, (d-f) TPEPy-PF6粉體樣品, (g-i) TPEPy-I里加了90%的水, and (j-l) TPEPy-PF6 里加了90%的水.
汪凌云教授說，“AIEgens和微波技術的結合發展出更有效的癌癥治療方法有望可以治療傳統方法難以觸及的腫瘤。”
“這一發現將有利于世界各地科學家探索和開發光動力的更大潛力” 汪凌云教授說。“我們的主要目標是讓光動力的癌癥治療更有效且便于病人的使用。”
該論文的第一作者Nil Kanatha Pandey說：“即使在低濃度的納米聚集體和低功率的微波下，這些納米聚集體對于產生ROS和殺死癌細胞也非常有效，這將降低對正常細胞的毒性。”他進一步補充說：“我有興趣在臨床試驗中看到這項工作的實施；然而，在進入臨床試驗之前，還需要更多的基礎研究。” “如果沒有陳偉教授和汪凌云教授不懈的共同努力，這項工作是不可能實現的。”
這些AIEgens只有在形成致密的納米聚集體時才能產生ROS。圖2上邊為活性氧ROS形成示意圖，下邊為AIEgen介導的微波誘導光動力治療癌癥示意圖。
圖2：上邊為活性氧ROS形成示意圖，下邊為AIEgen介導的微波誘導光動力治療癌癥示意圖。
研究人員進行了多項研究，以確認這些納米聚集體可以產生ROS。圖3表明，當這些納米聚集體受到微波刺激時，與其相應的對照相比，可以產生大量的活性氧ROS，從而可以很好殺死癌細胞。
圖3：使用DCFH-DA染色染料檢測細胞內 活性氧ROS的研究。綠色熒光強度的增強表明ROS在細胞里的產生增加。
研究人員還進行了MTT和活/死檢測，以證明微波誘導的毒性。MTT結果表明，這些AIEgens和微波輻射的作用可以有效殺死癌細胞，平均所需的IC-50值都很低，分別為2.73和3.22μM。活/死細胞活力測定的結果如圖4所示，這表明納米聚集體和微波的結合對癌細胞有很大的殺傷力。
圖4：實驗證明納米聚集發光體和微波的結合對癌細胞有強大的殺傷力
通訊作者：華南理工大學汪凌云教授和美國德克薩斯大學陳偉教授
這一工作在國際權威生物材料刊物《Bioactive material》(IF=14.59,中科院一區)：Nil Kanatha Pandey, Wei Xiong, Lingyun Wang, Wei Chen, Brian Bui, Jian Yang, Eric Amador, Mingli Chen, Christina Xing, Aseem Atul Athavale, Yaowu Hao, Wirya Feizi, Lloyd Lumata, Aggregation-induced emission luminogens for highly effective microwave dynamic therapy, Bioactive Materials, online 3 June 2021
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X21002516
陳偉（Wei Chen）博士，本科畢業于吉林大學地球科學院，碩士畢業于中南大學，博士畢業于北京大學化學學院。在北京科技大學材料物理系做博士后，1994-1998年在中國科學院半導體研究所工作，任副研究員、研究員和材料開放實驗室負副主任。獲科學院院長杰出基金和科學院青年科學家獎。1998年8月-1999年5月瑞典隆德大學材料化學系高級訪問學者；1999年6月-2000年3月，任加拿大西安大略大學化學物理中心高級研究員。2000年-2006年，任職于Nomadics公司（現Flir系統公司），納米技術研究組組長。2006年9月陳偉加入德州大學阿靈頓分校物理系，現為納米生物物理專業終身正教授。三次獲得德州大學科研優秀獎及德州杰出科學家兩次提名。2017年獲得美國科技出版社的最佳論文獎。2020年獲德州大學杰出成就獎，當選美國發明科學院Senior Member、國際先進材料聯合會Fellow和歐洲材料科學技術Vebleo Fellow。2021年當選為Sigma Xi Full member, 榮獲國際彭斯思獎（Pencis Award）-腫瘤學和癌癥研究卓越成就獎. 現擔任生物醫學納米技術雜志（Journal of Biomedical Nanotechnology ）副主編，美國科學出版社JNN副主編，納米科學與技術評論雜志（Reviews in Nanoscience and Nanotechnology）主編。還擔任著名刊物 Cancer Nanotechnology, Journal of Nanomedicine, ACS Applied Biomaterials, Nanomaterials, Dermatology, Longhua Chinese Medicine等科技刊物的編委。多年來一直從事納米技術的尖端研究，系國際著名納米藥物和癌癥納米技術專家。在癌癥納米靶向治療和深部癌癥光動力治療研究方面取得了優異成果。目前在PNAS, Nano Letters, Signal Transduction and Targeted Therapy (Nature), Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Materials Today Physics， Bioactive Materials, Coordination Chemistry Reviews 等著名學術刊物發表論文300多篇，主持編寫專著1部（三冊），參與編寫專著13冊，論文引用超過11700次，論文H指數是61，其中單篇引用最高達695次，引用超過200次的有13篇， 引用超過100次的有29篇，授權發明美國專利20項；主持了30多項重大科研項目，總科研經費超過900萬美元。Charles P. Poole Jr.與Frank J. Owens在2003 所著的美國第一本納米技術教科書《納米技術介紹》中介紹了他的開創性工作和重要貢獻。陳偉的科研工作廣受關注， 受到美國電視節目CBS的報道。
https://www.youtube.com/watch?v=tvkjhq1lrXk&t=29s
（1）率先提出“納米粒子自發光光動力療法”治療深部癌癥的概念。兩篇代表性論文：JNN （2006）目前被引用559次， 2017年獲得美國科技出版社的最佳論文獎。 Advanced Drug Delivery Reviews (2008)成為2008和2009年的熱點文章，目前被引用655次。
（2）發明了第四代光敏劑——半胱胺酸銅，這種新型光敏劑可以在紫外光、X射線、微波和超聲波產生活性氧用于癌癥和感染病的治療， 目前獲得美國、歐洲和亞洲專利8項。
（3）開辟CuS用于癌癥納米治療技術的新研究方向，成為光熱治療領域熱點。代表性論文‘用于腫瘤細胞光熱消融治療的硫化銅納米顆粒’（Nanomedicine, 2010, 5:1161）在2010-2014年‘生物技術應用微生物學’類123573篇文章中排名384（Web of Science）。目前被引用492次。
（4）發明新型癌癥治療方式——微波誘導光動力治療（MIPDT），獲美國專利， 也已經成為一個重要的研究熱點。
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
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