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氧化還原平衡對(duì)于維持生命的正常生理代謝活動(dòng)至關(guān)重要。

2024年12月4日，香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士/趙征助理教授、西安交通大學(xué)何剛教授在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Communications發(fā)表題為《Photocatalytic therapy via photoinduced redox imbalance in biological system》的研究論文，周琨、Lili Du為論文共同第一作者，唐本忠院士、趙征助理教授、何剛教授為論文共同通訊作者。

唐本忠，中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士、亞太材料科學(xué)院院士、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士。

唐本忠教授于1982年和1988年先后獲華南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位和日本京都大學(xué)博士學(xué)位。曾在日本NEOS公司中央研究所任高級(jí)研究員、加拿大多倫多大學(xué)從事博士后研究。1994–2021年在香港科技大學(xué)工作。2009年和2020年先后當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士和發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。2021年加入香港中文大學(xué)（深圳）擔(dān)任理工學(xué)院院長(zhǎng)、校長(zhǎng)學(xué)勤講座教授。

唐本忠院士主要從事材料科學(xué)，高分子化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)診療等研究。在聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-Induced Emission, AIE）這一化學(xué)和材料前沿領(lǐng)域取得了原創(chuàng)性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引領(lǐng)者。

趙征，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授。2014年研究生畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所并獲得博士學(xué)位；2015年加入香港科技大學(xué)從事博士后研究；2020年加入東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院開展獨(dú)立研究工作；2021年加入香港中文大學(xué)（深圳）。

趙征助理教授的研究方向?yàn)樾滦途奂w功能材料、有機(jī)光敏劑、近紅外二區(qū)光學(xué)材料的生物醫(yī)學(xué)醫(yī)用等。截至目前已在Nat. Photonics.、Nat. commun.、Matter.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Inter. Ed.、Adv. Mater等國(guó)際期刊公開發(fā)表SCI收錄文章100余篇。

何剛，西安交通大學(xué)教授。2011年本碩博畢業(yè)于陜西師范大學(xué)，曾在加拿大阿爾伯塔大學(xué)從事博士后研究。2015年加入西安交通大學(xué)。

何剛教授的研究領(lǐng)域包括有機(jī)自由基化學(xué)與材料、主族元素化學(xué)與材料、光催化、光動(dòng)力治療、有機(jī)儲(chǔ)能材料等。

在這項(xiàng)研究中，研究人員提出了一種光催化系統(tǒng)，在無氧條件下擾亂NADH/NAD⁺的平衡，實(shí)現(xiàn)光催化治療厭氧菌感染的牙周炎。

在光照射下，催化劑TBSMSPy⁺能夠結(jié)合細(xì)菌DNA并通過多步電子轉(zhuǎn)移過程引發(fā)自由基的產(chǎn)生。

它催化NADH向NAD⁺的轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化頻率高達(dá)60.7 min^-1），抑制ATP合成，破壞DNA復(fù)制所需的能量供應(yīng)，并成功地在無氧環(huán)境中完成光催化滅菌。

催化劑參與氧化還原反應(yīng)，干擾了照射下NADH/NAD⁺含量的平衡，因此研究人員將這一作用稱為光誘導(dǎo)的氧化還原失衡。

此外，在雄性大鼠的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了TBSMSPy⁺能夠有效催化NADH氧化，抑制代謝并刺激成骨。

該研究證實(shí)了光誘導(dǎo)氧化還原失衡的概念和光催化療法的應(yīng)用，進(jìn)一步倡導(dǎo)了基于光誘導(dǎo)氧化還原失衡策略的無氧光療催化劑的開發(fā)。

圖1：細(xì)胞中的光氧化還原催化

圖2：光學(xué)性質(zhì)

圖3：超快時(shí)間分辨光譜

圖4：光誘導(dǎo)氧化還原失衡機(jī)制

圖5：體外光動(dòng)力抗菌活性

圖6：體內(nèi)光動(dòng)力牙周炎治療

本研究提出了一種光催化系統(tǒng)，通過光誘導(dǎo)的氧化還原失衡策略，在無氧條件下擾亂NADH/NAD⁺的平衡，實(shí)現(xiàn)光催化治療以治愈厭氧菌感染的牙周炎。研究中合成的催化劑TBSMSPy⁺能夠在光照射下與細(xì)菌DNA結(jié)合，并通過多步電子轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生自由基，促進(jìn)NADH向NAD⁺的轉(zhuǎn)化，抑制ATP合成，阻斷DNA復(fù)制所需的能量供應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)無氧環(huán)境中的光催化滅菌。

這項(xiàng)研究不僅證實(shí)了光誘導(dǎo)氧化還原失衡的概念，而且推動(dòng)了光催化治療在無氧條件下的應(yīng)用，特別是在厭氧菌感染治療中的潛力，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)光動(dòng)力治療對(duì)氧氣依賴性的限制，有望在牙周炎等厭氧菌感染治療中得到應(yīng)用，為開發(fā)新型光催化治療藥物和策略提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

Zhou, K., Du, L., Ding, R.?et al. Photocatalytic therapy via photoinduced redox imbalance in biological system.?

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