Single-atom Pt sites stabilized by aniline stacked on graphene exhibit excellent electrocatalytic activity and durability for the hydrogen evolution reaction.

Abstract Photodynamic therapy (PDT) is a noninvasive medical technique that has received increasing attention over the last years and been applied for the treatment of certain types of cancer. However, the currently clinically used PDT agents have several limitations, such as low water solubility, poor photostability, and limited selectivity towards cancer cells, aside from having very low two‐photon cross‐sections around 800 nm, which limits their potential use in TP‐PDT. To tackle these drawbacks, three highly positively charged ruthenium(II) polypyridyl complexes were synthesized. These complexes selectively localize in the lysosomes, an ideal localization for PDT purposes. One of these complexes showed an impressive phototoxicity index upon irradiation at 800 nm in 3D HeLa multicellular tumor spheroids and thus holds great promise for applications in two‐photon photodynamic therapy.

Hypoxic tumours are a major problem for cancer photodynamic therapy. Here, we show that photoredox catalysis can provide an oxygen-independent mechanism of action to combat this problem. We have designed a highly oxidative Ir(iii) photocatalyst, [Ir(ttpy)(pq)Cl]PF6 ([1]PF6, where ‘ttpy’ represents 4′-(p-tolyl)-2,2′:6′,2′′-terpyridine and ‘pq’ represents 3-phenylisoquinoline), which is phototoxic towards both normoxic and hypoxic cancer cells. Complex 1 photocatalytically oxidizes 1,4-dihydronicotinamide adenine dinucleotide (NADH)—an important coenzyme in living cells—generating NAD• radicals with a high turnover frequency in biological media. Moreover, complex 1 and NADH synergistically photoreduce cytochrome c under hypoxia. Density functional theory calculations reveal π stacking in adducts of complex 1 and NADH, facilitating photoinduced single-electron transfer. In cancer cells, complex 1 localizes in mitochondria and disrupts electron transport via NADH photocatalysis. On light irradiation, complex 1 induces NADH depletion, intracellular redox imbalance and immunogenic apoptotic cancer cell death. This photocatalytic redox imbalance strategy offers a new approach for efficient cancer phototherapy. Current photodynamic therapy photosensitizers require oxygen; however, tumours are often hypoxic. Now, an organoiridium complex with an unusually high redox potential, which is effective in normoxia and hypoxia, has been developed. The organoiridium complex kills cancer cells by an immunogenic apoptotic mechanism involving efficient photocatalytic oxidation of NADH to NAD radicals, and reduction of cytochrome c.

Organometallic complexes containing ligands such as CO, carbenes, alkyls, phenyls, π-bound alkynes, alkenes, cyclopentadienyls and arenes possess properties which have often been exploited in areas such as catalysis and materials chemistry. They also offer opportunities for the design of new drugs with novel mechanisms of action. Here we focus on anticancer drugs which might complement successful platinum drugs in the clinic by widening the spectrum of activity, reducing side-effects and combatting resistance. The early clinical trials of titanocene dichloride highlighted the need to understand the aqueous solution chemistry of organometallic complexes and to identify their target sites in cancer cells. More recently organometallic Cp complexes of Fe(II), Rh(III) and Ir(III), and arene complexes of Ru(II) and Os(II), have been shown to target the redox balance in cancer cells, in contrast to DNA which is the target of cisplatin and related platinum drugs. The activity of both catalytic and photoactive organometallic compounds is being explored. Target recognition and activity are highly dependent not only on the metal and its oxidation state, but also the other coordinated ligands, the coordination number and geometry. In general, organometallic complexes are 'pro-drugs' which undergo activation in vivo (by ligand exchange or redox reactions), and the ligands themselves may be active components of the drug. A major challenge is to elucidate the chemistry of organometallic complexes directly in cells. The design of organometallic complexes for therapeutic and diagnostic applications in cancer and other areas of medicine present new and exciting research opportunities.

The redox properties of both metals and ligands in transition metal complexes offer unusual routes for new mechanisms of anticancer therapy. Metal complexes can introduce artificial reductive and oxidative stress into cancer cells, including behavior as photoactivatable agents and catalysts. Relatively inert metal complexes (“prodrugs”) can be activated by redox processes within cancer cells. Examples of pharmaceuticals activated by bioreduction include three Pt IV and two Ru III compounds that have already entered clinical trials. More recently, novel Co III , Fe III , Pt IV , Ru(III/II), Os II , and Ir III complexes have been reported to exhibit redox‐mediated anticancer activity. Redox activation strategies can introduce new methods to increase cancer cell selectivity and combat drug resistance. Using combination therapy together with redox modulators to increase potency is also possible. This essay focuses on metal complexes that are activated in the reducing environment of cancer cells.

Recently, coordinatively saturated and substitutionally inert Ru(II) complexes have been investigated as anticancer agents. Herein a cyclometalated Ru(II) complex, [Ru(bpy)(phpy)(dppz)]+, was found to be rapidly taken up by cancer cells, and nearly 90% of the complex accumulated in the nuclei of cancer cells after a 2 h incubation. The anticancer activity of this complex was screened against a panel of cancer cell lines. Remarkably, it exhibited IC50 values that were an order of magnitude lower than those of cisplatin. This complex also displayed potencies superior to those of cisplatin against 3D tumor spheroids. Further studies revealed that the high DNA binding affinity of [Ru(bpy)(phpy)(dppz)]+ resulted in effective disruption of the binding of transcription factor NF-κB to DNA sequences, thereby inhibiting cellular transcription and leading to irreversible cancer cell apoptosis. Our work provides new insights into understanding the biological interactions and anticancer molecular mechanisms of DNA-specific Ru(II) polypyridyl complexes.

In the context of rural depopulation, spatial reorganization of settlements is widely recognized as a critical strategy to alleviate the human-land contradiction and enhance land use efficiency in the black-soil region. Using Yushu County as a case study, this paper explores an approach to the spatial optimization of urban–rural settlements in the black soil region. Currently, the urban–rural settlement system exhibits a distorted structure characterized by an excess of small settlements and a scarcity of large and medium-sized settlements, while the rank-size curve illustrates the phenomenon of “raising head, craning neck and drooping tail.” Rural development potential displays a pronounced high-high and low-low aggregation pattern. In light of this, the consolidation of settlements should be implemented at two scales: administrative villages and towns. In areas with high potential for rural development, merging natural settlements into the central settlement within an administrative village is recommended. In areas with low potential for rural development, the relocation and consolidation of natural settlements should be guided by the ideal service radius of central settlements within a town. This approach could preserve the original social relations to the greatest extent, thus facilitating the effective implementation of rural restructuring strategies.