由德克萨斯大学阿灵顿分校的物理系陈伟教授和华南理工大学汪凌云教授领导的一个国际团队在高影响力的国际期刊Bioactive Materials（影响因子 14.59）上发表了一篇基于聚集诱导发光体的突破性的微波光动力癌症疗法 (MIPDT) 方法。
陈伟教授实验室的博士生Nil Kanatha Pandey是题为“用于高效微波诱导光动力癌症治疗的聚集诱导发光体”论文的第一作者。该研究由美国德州大学物理系的陈伟教授与华南理工大学化学与化学工程教授汪凌云领导的国际团队共同合作完成。
光动力治疗将光敏剂在肿瘤部位与光相互作用产生活性氧来杀死癌细胞。研究人员认为光动力（PDT）是一种很有前途的癌症治疗方法，因为它具有微创性和低副作用，从而对癌细胞具有很强的杀伤力。
“在人体组织中，光穿透的深度是有限的，”陈伟教授说。“对于位于器官或肌肉深处的癌症，PDT效果较差，因为我们无法将光传送到肿瘤部位。”
PDT中使用的常规光敏剂也依赖于氧气，而在肿瘤往往是缺氧的。因此，在缺氧环境下，PDT的功效显着降低。
但是另一种称为热消融的肿瘤治疗方法提供了一种克服传统PDT困难的途径。热消融被认为是联合癌症治疗中最有效的治疗方法之一，因为它可以提高肿瘤对 光动力、化学疗法、免疫疗法或放射疗法的敏感性。在热消融过程中，组织通过微波技术加热，导致血管扩张，从而增加血流量。由于血液中的血红蛋白含有氧气，热量会增加氧气量，从而提高治疗效果。
在研究中，该合作团队采用微波技术来激活一种特殊类型的光敏分子，称为聚集诱导发光体（AIEgens）。经过研究，陈伟教授 和他的研究人员发现，用微波和AIEgens作用可以有效产生活性氧从而有效杀死癌细胞。
“微波诱导的光动力（MIPDT）是我们首先研发的一种新的癌症治疗方法，与传统的光动力疗法PDT相比具有许多优势，”陈伟教授说， “例如操作简单、更快的消融时间和可忽略的副作用， 最突出的是微波的穿透性好，可以用于深部癌症的治疗。”
微波诱导光动力方法可以单独使用，也可以与其他癌症治疗方法（如手术、化学疗法、免疫疗法或放射疗法）结合使用。
陈伟教授的团队认为，其研究结果不仅解决了传统PDT的穿透问题， 还可以与微波消融结合减少微波的剂量或辐照时间从而减少微波辐射而引起的副作用。
AIEgens是一种新型材料（见图1），它具有与传统光敏剂相反而有趣现象——高浓度的聚集会抑制传统光敏剂的发光和活性氧 (ROS) 的产生。然而，对于AIEgens，高浓度的聚集不仅不淬灭而且会增强发光和ROS的产生。这将为发光成像与光动力治疗的结合提供了方便。这是第一个有关基于AIEgens微波诱导光动力癌症治疗的工作。陈教授说我们的发现将为 AIEgens的应用打开一扇新的大门。
图1：代表性聚合发光体的扫描电镜成像(a-c) TPEPy-I粉体样品,(d-f) TPEPy-PF6粉体样品,(g-i) TPEPy-I里加了90%的水,and (j-l) TPEPy-PF6里加了90%的水.
汪凌云教授说，“AIEgens和微波技术的结合发展出更有效的癌症治疗方法有望可以治疗传统方法难以触及的肿瘤。”
“这一发现将有利于世界各地科学家探索和开发光动力的更大潜力” 汪凌云教授说。“我们的主要目标是让光动力的癌症治疗更有效且便于病人的使用。”
该论文的第一作者Nil Kanatha Pandey说：“即使在低浓度的纳米聚集体和低功率的微波下，这些纳米聚集体对于产生ROS和杀死癌细胞也非常有效，这将降低对正常细胞的毒性。”他进一步补充说：“我有兴趣在临床试验中看到这项工作的实施；然而，在进入临床试验之前，还需要更多的基础研究。” “如果没有陈伟教授和汪凌云教授不懈的共同努力，这项工作是不可能实现的。”
这些AIEgens只有在形成致密的纳米聚集体时才能产生ROS。图2上边为活性氧ROS形成示意图，下边为AIEgen介导的微波诱导光动力治疗癌症示意图。
研究人员进行了多项研究，以确认这些纳米聚集体可以产生ROS。图3表明，当这些纳米聚集体受到微波刺激时，与其相应的对照相比，可以产生大量的活性氧ROS，从而可以很好杀死癌细胞。
图3：使用DCFH-DA染色染料检测细胞内 活性氧ROS的研究。绿色荧光强度的增强表明ROS在细胞里的产生增加。
研究人员还进行了MTT和活/死检测，以证明微波诱导的毒性。MTT结果表明，这些AIEgens和微波辐射的作用可以有效杀死癌细胞，平均所需的IC-50值都很低，分别为2.73和3.22μM。活/死细胞活力测定的结果如图4所示，这表明纳米聚集体和微波的结合对癌细胞有很大的杀伤力。
图4：实验证明纳米聚集发光体和微波的结合对癌细胞有强大的杀伤力
通讯作者：华南理工大学汪凌云教授和美国德克萨斯大学陈伟教授
这一工作在国际权威生物材料刊物《Bioactive material》(IF=14.59,中科院一区)：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
陈伟教授 简介
陈伟（Wei Chen）博士，本科毕业于吉林大学地球科学院，硕士毕业于中南大学，博士毕业于北京大学化学学院。在北京科技大学材料物理系做博士后，1994-1998年在中国科学院半导体研究所工作，任副研究员、研究员和材料开放实验室负副主任。获科学院院长杰出基金和科学院青年科学家奖。1998年8月-1999年5月瑞典隆德大学材料化学系高级访问学者；1999年6月-2000年3月，任加拿大西安大略大学化学物理中心高级研究员。2000年-2006年，任职于Nomadics公司（现Flir系统公司），纳米技术研究组组长。2006年9月陈伟加入德州大学阿灵顿分校物理系，现为纳米生物物理专业终身正教授。三次获得德州大学科研优秀奖及德州杰出科学家两次提名。2017年获得美国科技出版社的最佳论文奖。2020年获德州大学杰出成就奖，当选美国发明科学院Senior Member、国际先进材料联合会Fellow和欧洲材料科学技术Vebleo Fellow。2021年当选为Sigma Xi Full member, 荣获国际彭斯思奖（Pencis Award）-肿瘤学和癌症研究卓越成就奖. 现担任生物医学纳米技术杂志（Journal of Biomedical Nanotechnology ）副主编，美国科学出版社JNN副主编，纳米科学与技术评论杂志（Reviews in Nanoscience and Nanotechnology）主编。还担任著名刊物 Cancer Nanotechnology, Journal of Nanomedicine, ACS Applied Biomaterials, Nanomaterials, Dermatology, Longhua Chinese Medicine等科技刊物的编委。多年来一直从事纳米技术的尖端研究，系国际著名纳米药物和癌症纳米技术专家。在癌症纳米靶向治疗和深部癌症光动力治疗研究方面取得了优异成果。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 等著名学术刊物发表论文300多篇，主持编写专著1部（三册），参与编写专著13册，论文引用超过11700次，论文H指数是61，其中单篇引用最高达695次，引用超过200次的有13篇， 引用超过100次的有29篇，授权发明美国专利20项；主持了30多项重大科研项目，总科研经费超过900万美元。Charles P. Poole Jr.与Frank J. Owens在2003 所著的美国第一本纳米技术教科书《纳米技术介绍》中介绍了他的开创性工作和重要贡献。陈伟的科研工作广受关注， 受到美国电视节目CBS的报道。
https://www.youtube.com/watch?v=tvkjhq1lrXk&t=29s
（1）率先提出“纳米粒子自发光光动力疗法”治疗深部癌症的概念。两篇代表性论文：JNN （2006）目前被引用559次， 2017年获得美国科技出版社的最佳论文奖。 Advanced Drug Delivery Reviews (2008)成为2008和2009年的热点文章，目前被引用655次。
（2）发明了第四代光敏剂——半胱胺酸铜，这种新型光敏剂可以在紫外光、X射线、微波和超声波产生活性氧用于癌症和感染病的治疗， 目前获得美国、欧洲和亚洲专利8项。
（3）开辟CuS用于癌症纳米治疗技术的新研究方向，成为光热治疗领域热点。代表性论文‘用于肿瘤细胞光热消融治疗的硫化铜纳米颗粒’（Nanomedicine, 2010, 5:1161）在2010-2014年‘生物技术应用微生物学’类123573篇文章中排名384（Web of Science）。目前被引用492次。
（4）发明新型癌症治疗方式——微波诱导光动力治疗（MIPDT），获美国专利， 也已经成为一个重要的研究热点。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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