大环分子是超分子化学的重要结构和功能单元，可与药物分子形成结构精确的主客体复合物，具有操作简单和客体特异性等优点，在药物递送方面具有很大潜力。用于光动力疗法（PDT）的光敏剂大多具有疏水的共轭骨架，因而降低了光敏剂在水相中的溶解度，不利于在生物体系的递送。例如我国独有的苝醌类天然光敏剂竹红菌乙素（HB）是传统中药的活性成分，具有活性氧产率高、代谢快、毒性低等优点，但由于其结构中含有较大尺寸的共轭体系，传统的冠醚、环糊精、杯芳烃等大环分子受限于较小的空腔，无法与HB形成主客体结构。 

　　最近，中科院理化所汪鹏飞研究员与丛欢研究员合作，发挥双方团队在光诊疗与大环合成方面的互补专长，报道了两种具有狭长空腔的阳离子环番大环（AnBox⁴⁺与ExAnBox⁴⁺）作为首个能有效结合HB的主体分子，可制备水溶性超分子光敏剂（HBAnBox⁴⁺与HBExAnBox⁴⁺），实现了对HB细胞水平上不同方式的运输与优秀的光动力治疗效果。 

图1. 大环分子对竹红菌乙素细胞水平上不同方式的运输 

　　针对具有大尺寸空腔的阳离子环番的合成挑战，研究人员改进了合成策略，先合成含有蒽二聚体单元的8字形双环分子，再通过光诱导逆[4+4]扩环，显著提升了合成效率。进一步的核磁与荧光表征显示两个大环分子均可与HB在水相形成1:1的主-客体络合物，其结合常数高达10⁷数量级，对HB展现出优异的亲和力。而且超分子光敏剂HBAnBox⁴⁺与HBExAnBox⁴⁺均展现出优秀的稳定性和光动力生成活性氧的能力。 

图2. 大环分子-竹红菌乙素主客体复合物 

　　更为重要的是，研究人员发现两个大环分子在细胞水平上展现出了不同的运输方式，即AnBox⁴⁺携带HB一起进入到细胞质内；ExAnBox⁴⁺则是将HB运输到细胞膜表面，然后将HB在细胞膜上释放，HB单独进入到细胞质内。两种大环分子实现了对HB不同的运输方式，同时都在细胞水平上展现出理想的光动力治疗效果。 

图3. 大环分子运输竹红菌乙素细胞成像图 

　　该项研究结果为大尺寸光敏剂分子在细胞水平上有效运输和光动力治疗开辟了新思路，以Supramolecular photosensitizers using extended macrocyclic hosts for photodynamic therapy with distinct cellular delivery为题发表在Chemical Science上（DOI: 10.1039/D3SC00107E）。论文的第一作者为理化所助理研究员郑秀丽、已毕业博士生雷胜男和博士生高泽坤，通讯作者是丛欢研究员、汪鹏飞研究员和刘卫敏正高级工程师。研究工作得到了理化所佟振合院士与吴骊珠院士的悉心指导；肖红艳副研究员和博士生董翔宇分别在理论计算和超分子络合物表征方面提供了重要数据支持。 

　　全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/sc/d3sc00107e