一种基于钌配合物的新型金属有机配位聚合物，用于光氧化还原催化和乳腺癌的光动力治疗

《Materials Today Advances》：A novel metal-organic coordination polymer based on Ru complexes for photoredox catalysis and photodynamic therapy of breast cancer

本研究成功合成新型金属有机配合物Mn-Ru MOCPs，兼具光动力治疗和光催化功能。通过产生活性氧和氧化NADH，耗竭ATP，破坏线粒体膜电位，诱导癌细胞凋亡。体外和体内实验均证实其高效抗肿瘤活性，并作为MRI增强剂实现精准诊疗，生物安全性良好。

　　
该研究开发了一种新型双功能金属有机配合物（Mn-Ru MOCPs），通过整合光动力治疗（PDT）和光催化还原机制，实现了对乳腺癌4T1细胞及移植瘤模型的精准光疗。材料以Ru(dcbpy)?Cl?为有机配体与锰离子通过配位反应形成二维纳米片结构，其独特的层状构型和可见光响应特性为协同治疗提供了物理基础。

在材料制备方面，采用一锅水热法实现了Ru与Mn的原子级配位，通过X射线光电子能谱（XPS）证实了Mn2?与Ru2?的稳定存在。红外光谱显示配位反应导致羧酸基团（1710 cm?1→1590 cm?1）和吡啶环（3100 cm?1减弱）的特征峰位移，验证了金属-有机配体间的有效键合。透射电镜（TEM）证实纳米片结构（200 nm宽度）的均匀分散性，且其在磷酸盐缓冲液（PBS）中表现出24小时以上的稳定分散状态。

光动力治疗机制方面，该材料通过双通道产生活性氧：一方面依赖型II途径，在488 nm激光激发下产生单线态氧（1O?），其生成量经2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMP）电子顺磁共振（ESR）检测证实；另一方面通过光催化氧化途径，以每小时175次氧化周转频率（TOF）快速消耗细胞内NADH，该速率较现有Ru配合物提高约3倍。值得注意的是，材料同时具备光催化还原功能，可将氧化态细胞色素c（Fe3?）还原为活性形式（Fe2?），形成双重氧化应激效应。

体内治疗验证中，通过MRI动态监测发现材料在8小时后达到肿瘤组织最大浓度（图6），此时启动光照治疗，使抑瘤率达到82.3%（图7）。与单一疗法相比，光动力联合光催化治疗组肿瘤体积减少达89.6%，且通过H&E染色和TUNEL标记证实该效果源于线粒体膜电位崩溃（ΔΨmt下降62%）和细胞凋亡（凋亡率71.4%）。特别值得关注的是，ICP-MS定量检测显示80.4%的金属组分精准定位于线粒体，这解释了为何即使80 μg/mL较低浓度下仍能产生显著疗效。

生物安全性评估显示，材料在320 μg/mL浓度下细胞存活率仍保持85%以上，且在体内14天观察期内未发现心、肝、脾、肺、肾等主要器官的病理损伤。这种高安全性源于其优异的体相代谢能力——经MRI追踪发现，72小时内92.7%的给药剂量通过肝脏网状内皮系统（RES）代谢清除，有效避免系统性毒性。

该研究突破传统光疗依赖氧气的限制，通过光催化NADH氧化构建了新的治疗范式：①材料在可见光（400-600 nm）区具有宽光谱吸收（吸光度提升3.2倍）；②通过单线态氧爆发（ESR显示峰值强度达1.2信号单位）和NADH氧化双路径协同作用，使肿瘤细胞线粒体呼吸链中断（复合体III活性下降78%）；③光催化产生活性氧自由基（ROS）浓度达3.8×10? molecules/cm3，超过细胞抗氧化阈值（临界值2.1×10?）。这种多靶点协同作用机制为克服肿瘤耐药提供了新思路。

临床转化潜力方面，材料展现出优异的体内分布特性：肿瘤/非肿瘤组织摄取比达4.7:1，且通过调控表面配体（氨基化修饰）可进一步优化靶向性。治疗窗口期经优化确定在8小时给药后立即光照，此时材料在肿瘤部位的浓度达到峰值（120 μM），同时细胞色素c氧化酶活性处于最低点（仅17%残余活性），这种时空协同效应使治疗效率最大化。

该成果对光催化治疗领域的发展具有里程碑意义：首次将光动力治疗与光催化代谢调控结合，通过精准调控细胞内氧化还原平衡（NAD+/NADH比值从1:1.8→1:0.3）实现"代谢-死亡"双通道诱导凋亡。实验数据表明，这种多模态治疗策略使癌细胞对常规化疗的敏感性提升至57倍（IC50从5.8 μM降至0.1 μM）。未来研究可进一步探索光控药物释放系统与MRI实时监控的集成应用，为开发新一代智能光疗系统奠定基础。