Synthesis， Two-photon Fluorescence Imaging and Photodynamic Therapy of Lysosome-targeted Indole-BODIPY Photosensitizer

doi:10.7503/cjcu20220326

Abstract

Abstract:

A lysosome-targeted near-infrared photosensitizer（IMBDP-Lys） was synthesized through the Knoevenagel condensation reaction for two-photon fluorescence imaging and photodynamic therapy. IMBDP-Lys was a heavy atom-induced photosensitizer， which was constructed by two morpholine-indole functional groups attached to the 3-position and 8-position of the boron-dipyrromethene（BODIPY） core. Gaussian 09W software was used to calculate that the energy gap（of S₁ and T₂ states of the photosensitizer IMBDP-Lys was 0.12 eV， which can effectively promote the intersystem crossing（ISC）. In CH₂Cl₂ solution， the maximum absorption wavelength of photosensitizer IMBDP-Lys was 631 nm and the emission wavelength was 684 nm. With methylene blue as reference， the photosensitizer IMBDP-Lys had a larger singlet oxygen quantum yield of 48.3% under near infrared light. In addition， the photosensitizer IMBDP-Lys containing two morpholine groups has good biocompatibility and accurate targeting ability. It could quickly enter zebrafish for two-photon fluorescence imaging， and the co-localization coefficient with Lyso-Tracker Green dye was as high as 0.95. Thiazolyl blue tetrazolium bromide（MTT） assay showed that the photosensitizer had low dark toxicity（≥85%） and high photo-toxicity（IC₅₀ was 0.52 μmol/L）. Under the illumination of 660 nm， the reactive oxygen species（ROS） fluorescence probe 2'，7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate（DCFH-DA） proved that the photosensitizer could produce ROS， meanwhile， AO/EB staining test and cell migration experiment showed that the generated ROS could not only induce A549 cell apoptosis， but also effectively inhibit tumor cell migration. Therefore， the near infrared photosensitizer IMBDP-Lys has great application potential in two-photon fluorescence imaging and lysosome-targeted photodynamic therapy.

Key words: Indole-boron-dipyrromethene, Near-Infrared photosensitizer, Photodynamic therapy, Two-photon fluorescence imaging, Lysosomal targeting

CLC Number:

O657

TrendMD:

LIU Miao, LIU Ruibo, LIU Badi, QIAN Ying. Synthesis， Two-photon Fluorescence Imaging and Photodynamic Therapy of Lysosome-targeted Indole-BODIPY Photosensitizer[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220326.

Figures/Tables 9

Table 1 UV absorption,emission wavelength, molar absorption coefficient, ΦF and ΦΔ of PS IMBDP-Lys

Dye	λ $a b s m a x$ /nm^a	λ $e x m a x$ /nm^b	10^-4ε^max/（L·mol^-1·cm^-1）^c	Ф_F （%）^d	Φ_Δ（%）^e
IMBDP	533	555	6.1	0.7	71.0
IMBDP?Lys	631	684	6.8	9.7	48.3

Table 1 UV absorption,emission wavelength, molar absorption coefficient, ΦF and ΦΔ of PS IMBDP-Lys

Dye	λ $a b s m a x$ /nm^a	λ $e x m a x$ /nm^b	10^-4ε^max/（L·mol^-1·cm^-1）^c	Ф_F （%）^d	Φ_Δ（%）^e
IMBDP	533	555	6.1	0.7	71.0
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