分子诊疗学是指将诊断和治疗方式结合在一个分子实体中，具有简单的组成、易于制备、优异的生物相容性和高重现性，有望实现实时诊断和无创原位治疗，代表了个性化精准医疗的新兴技术。其中，如何将治疗和诊断协同整合到一个分子中，而不仅仅是简单地将每个功能部分通过非共价/共价键简单组合在一起，是实施分子光诊疗的关键。最近，由于金属离子独特的电子结构以及丰富的光、电、磁性性质，结合有机小分子配体的生物相容性和可修饰性，使金属配位已成为多模态诊疗药物分子设计的新范式。

北京大学张俊龙教授课题组联合暨南大学陈填峰教授课题组、中国科学院大学张静教授课题组等人设计了钆卟吩内酯光诊疗先导药物分子，同时发挥PDT和MRI功能，可望结合临床试验中的MRI/PDT诊疗模式，实现诊疗一体化。

受天然或人造光捕获天线的启发, 卟啉及衍生物表现出有趣的光物理特性, 包括消光系数大、配位能力强和三重激发态可调等。与稀土离子配位后，利用钆离子的高位激发态 (⁶P_7/2, ca. 32 000 cm^-1)和大旋轨耦合常数 (SOC, 1651 cm^-1)，钆卟啉已被发展成为新兴光敏先导药物分子。钆（Gd³⁺）离子拥有七个不成对的f电子，磁矩较大，使其配合物具有较大的r₁弛豫性，有望开发作为磁共振成像(MRI) 诊断试剂。通过卟啉、卟酚内酯、顺-和反-β-卟酚二内酯等系列配体与钆离子直接配位使配体与钆离子之间的距离最小化，以增强系间窜越，从而增强活性氧生成并改善光动力效果。随着β-内酯基团的数量和区域异构性逐渐增加，Gd-n-Glu (n = 1-4) 的 r₁ 弛豫性按Gd-1-Glu (1.0 ± 0.0 mM^-1s^-1) < Gd-2-Glu (1.7 ± 0.1 mM^-1s^-1) < Gd-4-Glu (2.8 ± 0.2 mM^-1s^-1) < Gd-3-Glu (4.3 ± 0.2 mM^-1s^-1)的顺序增强。值得注意的是，顺式异构体(Gd-3-Glu)的r₁弛豫率比反式类似物(Gd-4-Glu)高1.7倍，这表明区域异构体可能对环境水交换产生影响。在660 nm (7 mW/cm²)照射下，观察到Gd-4-Glu产生¹O₂和•OH，并诱导产生I型和II型光动力，使癌症小鼠的肿瘤抑制达到90%。

该工作展示了稀土卟啉配合物在活体光诊疗领域（MRI/PDT模式）的应用，揭示了卟啉β-修饰在光物理性质和r₁弛豫率调控的重要性，为进一步设计稀土诊疗分子工具提供了崭新的思路。