一种内部构建的基于发光二极管的光动力治疗设备，用于增强维替泊芬在 2D 细胞培养模型中的细胞毒性

在最致命的非传染性疾病中，癌症是导致过早死亡的全球主要原因。2020年，它造成近1000万人死亡，约占全球六分之一的死亡¹。此外，多重耐药性（MDR）现象构成了巨大的公共卫生威胁，因为批准的化疗方案未能达到该临床状况的缓解阶段²。癌细胞可以通过多种机制对化疗产生耐药性;然而，一些ATP结合盒（ABC）转运蛋白（ATP依赖性外排泵）的过表达被认为是肿瘤微环境中MDR发展的主要原因³。除耐多药外，其他癌症并发症，如复发和转移，也加强了对开发和改进治疗方法以克服这一肿瘤学挑战的迫切需求。

光的治疗利用已经实践了几个世纪^4，光动力疗法（PDT）代表了临床认可的实体瘤治疗方法。PDT结合光敏剂（PS）的施用，然后进行光照射以产生活性氧（ROS），以在肿瘤细胞中发挥选择性细胞毒性。这种治疗方法优于传统方法，包括手术、放疗和化疗^5;它是一种微创技术，在结缔组织中显示出较低的细胞^毒性6。直接在肿瘤或其微环境中的光应用和PS积累确保了精确的靶向，因此，轻微的，不良的全身副作用⁷以及在同一部位重复治疗的可能性。此外，成本低于其他方法。由于其有希望的特性，PDT可以被认为是单一的适当选择，特别是在无法手术的肿瘤的情况下，或辅助癌症治疗⁷，并且代表了与化疗相关的MDR的替代方法8^，9。

第一份报告显示使用PDT的高客观反应率于1975年在小鼠和大鼠模型¹⁰中描述。从那时起，使用PDT进行了研究，在2D^{细胞培养物}中与人肿瘤细胞系在体内和体外均取得了积极的结果^711，12。考虑到临床认可的PS的广泛适用性，无论其特定的积累途径和吸收峰的波长范围如何，一般过程如下：（i）PS摄取，（ii）肿瘤或其微环境中PS浓度的峰值，（iii）光应用，（iv）PS光相互作用，（v）PS激发态能量转移到组织底物或周围的氧分子， （vi） ROS产生，涉及单线态氧或超氧阴离子，（vii）肿瘤细胞死亡，本质上是坏死或凋亡（直接死亡），自噬（细胞保护机制），组织缺血（血管损伤），免疫调节或^{这些机制的}重叠7。在这个最后阶段，特定细胞死亡途径的激活取决于许多因素，例如细胞特征，实验设计以及最重要的是PS细胞内定位和PDT相关的靶向损伤¹³。

维替泊芬是第二代PS，在挪威和中国被监管机构批准用于临床使用^7。据报道，给药后，该前药在线粒体¹⁴ 中部分积累并诱导细胞蛋白酪氨酸磷酸化和DNA片段化，导致肿瘤细胞凋亡^15，16。孵育24小时后用于维特泊芬内化，建议使用690nm波长设置的PDT方案，以实现向相邻分子^7，17的有效电磁辐射转移水平。

关于PDT的光源，经典的二极管激光系统通常价格昂贵，技术复杂，尺寸过大，因此不便携^18，19。由于其单波长分布（也可以在基于LED的PDT设备中观察到），每个光敏剂应用对独立单元的需求使得二极管激光系统的使用更加复杂，经济上不可行^20，21。因此，利用LED机械被认为是最有前途的替代方案，不仅可以解决成本²²和维护问题，而且还要提供高功率输出和危害较小的²³以及更宽的照明能力24，^25，26，27。

尽管基于LED的设备可以为PDT实验²⁸提供潜在的贡献，但大多数商业选择仍然存在缺点，例如缺乏便携性，高成本以及复杂的建筑项目和操作²⁹。这项工作的主要目的是为 体外 PDT测定提供一种简单可靠的工具。本文介绍了 PhotoACT，这是一种内部构建的基于 LED 的 PDT 设备，价格低廉、用户友好且便于携带。作为概念验证，该装置被证明可以增强维替泊芬在2D细胞培养模型中的细胞毒性，因此可以用作PDT实验中的研究工具。