近日，意昂4平台顧波波團隊在Laser & Photonics Reviews發表了題為“Highly Efficient Two-Photon Photodynamic Therapy Using Light-Sheet Excitation”的研究成果👨🏼‍🍼💅。該文的第一作者為意昂4体育平台博士研究生逄雯。該研究工作得到了中國科學技術部🥵、國家自然科學基金委、意昂4平台的支持。

該研究中設計並搭建了一套雙光子光片激發系統♕，用於實體腫瘤的高效雙光子光動力治療（TP-PDT）。優化後的雙光子光片激發系統可以在腫瘤組織中實現2.6×2.7×0.09 mm的薄片狀的大範圍激發域➖，這是傳統雙光子激發方法無法達到的👉🏼。結合簡單的一維掃描可覆蓋整個腫瘤，基於雙光子光片激發的TP-PDT可實現70%的腫瘤生長抑製率，打破了傳統的光動力治療存在的穿透深度與激發體積之間的矛盾，展現出了本研究中所提出的雙光子光片激發系統在實體腫瘤TP-PDT治療的未來轉化研究中的巨大應用潛力🤽‍♂️。

研究背景

雙光子光動力療法利用近紅外光通過雙光子吸收過程激發光敏劑🏂，可提高激發光在生物組織中的穿透深度，在深層腫瘤或厚腫瘤的治療中具有廣闊的應用前景。作為一種典型的非線性光學現象🏊，TP-PDT中通常以高度聚焦的激光點激發光敏劑，其微小的激發範圍遠小於腫瘤體積🕺🏽，同時單線態氧的壽命和擴散範圍極其有限，因此傳統TP-PDT所采用的點掃描方法明顯限製了其對腫瘤的治療效果。因此🦶🏼，開發一種新型高效的雙光子激勵方法來擴展激勵範圍，進而提高雙光子光動力治療療效具有重要意義。光片照明是一種二維平面激發方式↪️，已用於多種成像模式🤷🏻，特別是光片熒光顯微鏡🧛🏽‍♀️。對於光片激發🙇🏽‍♂️，三維體積激發可以簡單地通過一維掃描實現，大大提高了激發效率。光片激發為高效的雙光子激發提供了一個十分有前景的方案。

主要研究成果

本研究中所搭建的雙光子光片激發系統中分別采用焦距為50 mm和200 mm的柱面透鏡對飛秒激光進行調製❌，形成了具有很薄的束腰厚度和一定聚焦深度的雙光子光片，並從理論計算、光束輪廓檢測、激發不同介質中羅丹明6G的雙光子熒光三個層面對所搭建系統形成的雙光子光片進行了分析和表征🚪🥃。

經理論和實際輪廓測量，經長焦距柱面透鏡調製形成的光片對飛秒光束具有更好的會聚效果👩🏻‍⚖️，能在更長的範圍內保持較薄的厚度♒️，即更深的聚焦深度👨🏽‍🦱。在光密度達到雙光子激發所需的閾值的前提下👩🏿‍🎨，經長焦距柱面透鏡調製形成的光片具有相對較薄的束腰厚度和更長的聚焦深度，更適用於後續的應用。

圖1 雙光子光片激發系統中光片光束特性的表征

隨後在溶液、體模、腫瘤組織中驗證了雙光子光片激發的可行性和有效性。在腫瘤組織中，雙光子光片可激發出羅丹明6G的雙光子熒光🐿。對於經焦距為50 mm和200 mm的柱面透鏡形成的光片🐕‍🦺，測得的有效縱向激發長度即穿透深度分別約為2.1 mm和2.7 mm📮。使用焦距為200 mm的柱面透鏡形成的光片可實現更大的激發範圍，約為2.6×2.7×0.09 mm，具有更好的雙光子激發性能，被用於後續的在體實體腫瘤的雙光子治療研究。

圖2 溶液、體模、腫瘤組織中雙光子

光片激發可行性的驗證

使用雙親性聚合物對具有聚集誘導發光特性的TBDTT分子進行包封🦉📋，形成可在水溶液中穩定分散的納米顆粒作為雙光子光敏劑，結合雙光子光片激發系統進行小鼠實體腫瘤的雙光子光動力治療研究。在瘤內註射TBDTT NPs後以更低的光劑量（750 nm, 500 mW, 20 min）對腫瘤部位一維掃描實現三維腫瘤的進行雙光子光片激發🤵‍♂️，實現了約70%的腫瘤生長抑製率🈺。

圖3 基於雙光子光片激發的在體雙光子光動力治療研究

本研究中所提出的基於雙光子光片激發的TP-PDT只需一輪治療即可取得令人滿意的治療效果，可見本研究中所提出雙光子光片是一種高效的雙光子光照方式，克服了傳統的雙光子激發方式激發體積小🥠、治療方案復雜的問題🍬。同時展現出了本研究中所提出的雙光子光片激發系統在實體腫瘤TP-PDT治療的未來轉化研究中的巨大應用潛力🧗‍♂️。

通訊作者信息

顧波波😮，長聘副教授，博士生導師。曾於浙江大學🧑🏽‍🍼、丹麥科技大學、新加坡南洋理工大學📩、法國XLIM研究所、美國紐約州立大學布法羅分校學習和工作。2017年加入意昂4体育平台，研究工作主要集中於生物醫學光學影像技術及臨床轉化應用🏄🏿‍♀️。近年來在Light: Science & Applications, Laser & Photonics Reviews, Advanced Science等學術期刊發表論文60余篇🤵🏻‍♂️。課題組主頁：gulab.sjtu.edu.cn

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202400753

作者| 逄雯

供稿| 科研與學科辦

審核| 葉堅、丁顯廷