一氧化氮 (NO) 对众多生理过程具有关键的调节作用，其在癌症、细菌感染、炎症等疾病的治疗方面也具有显著的疗效。由于高浓度NO具有系统毒性，实现NO的局部递送对于提高疗效和降低系统毒性至关重要。为了实现NO的局部释放，已成功发展了多种刺激响应性NO供体分子。鉴于光辐照具有非接触、非侵入性、辐照波长/强度时空可控等诸多优点，研究人员制备了多种光响应性NO供体分子。然而，大多数光响应NO供体分子主要对紫外光 (UV) 或近紫外可见光响应，而这些波段的光照具有较高的光毒性和极低的组织穿透性，极大的制约了其生物医学应用。

为了发展红光/近红外光 (NIR) 响应的NO供体分子，已有的策略主要包括：(1) 引入具有红光或NIR吸收能力的发色团，(2) 使用上转换纳米粒子或双光子吸收技术等。必须指出，前者通常延长共轭结构通常会导致NO负载含量和水分散性的降低；而后者通常需在极高的激发功率，易造成正常组织光损伤。因此，发展红光/NIR响应和高负载效率的NO递送体系仍然面临挑战。

近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院刘世勇教授、胡进明教授和肖石燕副教授等合作报道了一种红光介导的光氧化还原催化策略实现了NO的自报告释放。虽然基于香豆素的NO供体最大吸收波长~328 nm，在红光照射下并不能直接释放NO；然而，在四苯基四苯并卟啉钯(II) (PdTPTBP) 的存在下，该NO供体能够在630 nm红光照射下被激活，实现化学计量比和荧光信号自报告型NO可控释放。通过改变NO供体的推拉电子能力，可以方便的调节NO释放速率；此外，作者证实了该策略具有很好的普适性，如把PdTBTBP替换为5,10,15,20-四苯基四苯并卟啉 (H₂TPTBP) 时，NO释放的波长可以进一步红移到700 nm。

研究人员进一步通过将PdTPTBP和NO供体单体化引入胶束内核，所制备的胶束纳米粒子能够在纯水环境中实现红光触发NO释放。在胶束内核中负载环丙沙星 (Cip) 后，在红光辐照下该胶束纳米粒子能够同时释放NO和Cip，具有良好的抗生物膜活性,而对照实验发现相同剂量的Cip无明显抗生物膜活性。体内研究表明，负载Cip的胶束纳米粒子可以有效治疗铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) 感染形成的皮下脓肿，实现细菌的杀灭和促进伤口修复的协同。

值得注意的是，虽然PdTPTBP在前期的研究中作为光敏剂被广泛用于三重态-三重态湮灭上转换，作者通过实验和理论计算证明红光触发NO释放的机制为光氧化还原催化过程——PdTPTBP不仅可以作为能量转移光敏剂，也可以作为介导电子转移的光催化剂。此工作为发展新型光响应性NO递送体系提供了一个新颖的策略，有望进一步促进光响应型NO释放材料的生物医学应用。

论文信息：

Red Light-Mediated Photoredox Catalysis Enables Self-Reporting Nitric Oxide Release for Efficient Antibacterial Treatment

Zhiqiang Shen, Shaoqiu Zheng, Shiyan Xiao, Ruan Shen, Shiyong Liu, and Jinming Hu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202107155

Angewandte Chemie International Edition

《德国应用化学》