Recent advances in photopharmacology: Harnessing visible light-activated azobenzene photoswitches

Abstract

In the era of precision medicine, photopharmacology that employs molecular photoswitches offers unique opportunities to control the action of bioactive molecules with high spatiotemporal resolution, while reducing drug side effects, systemic toxicity and the emergence of resistance. Over the past two decades, the field of photopharmacology has witnessed great achievements in treating with blindness, cancer, diabetes, antibiotic resistance, and to name but a few. Several challenges remain, however, in particular the fact that most photopharmacological agents trigger their activity by Ultraviolet light, which is damaging to normal cells and has poor tissue permeability. Visible light-activated photopharmacological agents are hence highly desirable and have captured keen recent research interest. This review highlights strategies for the synthesis of visible light-responsive azobenzenes (ABs) and their applications in the emerging photopharmacology. Such visible light-activated photoswitchable drugs tremendously extend the scope of photopharmacology for future in vivo applications. Furthermore, we identify the current challenges and discuss future opportunities for rational design in photopharmacology that switches at a higher wavelength. We hope to inspire further research into the photochemistry of novel photopharmacological agents based on ABs or other photoswitches, which are triggered by the excitation light in “phototherapeutic window” of 650–900 nm, ultimately enabling full realization of these “smart” drugs in the clinical practice.

Keywords

azobenzene / biological application / photopharmacology / photoswitch / visible light

References

[1] Y. Zhang, Z. G. Zheng, Q. Li, Responsive Mater. 2024, 2, e20230029;b) F. Hassan, Y. Tang, H. K. Bisoyi, Q. Li, Adv. Mater. 2024, 36, 2401912;c) R. Liu, A. E. Asato, Proc. Natl. Acad. Sci. 1985, 82, 259;d) C. Brieke, F. Rohrbach, A. Gottschalk, G. Mayer, A. Heckel, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 8446.

[2] L. Fenno, O. Yizhar, K. Deisseroth, Annu. Rev. Neurosci. 2011, 34, 389.

[3] a) I. R. Edwards, J. K. Aronson, Lancet 2000, 356, 1255;b) P. Y. Muller, M. N. Milton, Nat. Rev. Drug Discovery 2012, 11, 751.

[4] D. Hanahan, R. A. Weinberg, Cell 2011, 144, 646.

[5] D. E. Gerber, Am. Fam. Physician 2008, 77, 311.

[6] a) W. A. Velema, W. Szymanski, B. L. Feringa, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2178;b) J. Broichhagen, J. A. Frank, D. Trauner, Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1947;c) M. M. Lerch, M. J. Hansen, G. M. van Dam, W. Szymanski, B. L. Feringa, Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 10978;d) W. Szymanski, J. M. Beierle, H. A. Kistemaker, W. A. Velema, B. L. Feringa, Chem. Rev. 2013, 113, 6114;e) K. Hull, J. Morstein, D. Trauner, Chem. Rev. 2018, 118, 10710;f) M. W. Hoorens, W. Szymanski, Trends Biochem. Sci. 2018, 43, 567;g) H. Zhang, Y. Liu, S. Qu, Responsive Mater. 2024, 2, e20240012;h) I. M. Welleman, M. W. Hoorens, B. L. Feringa, H. H. Boersma, W. Szymański, Chem. Sci. 2020, 11, 11672;i) M. J. Fuchter, J. Med. Chem. 2020, 63, 11436;j) A. C. Kneuttinger, Biol. Chem. 2022, 403, 573;k) Z. Zhang, G. N. Le, Y. Ge, X. Tang, X. Chen, L. Ejim, E. Bordeleau, G. D. Wright, D. C. Burns, S. Tran, P. Axerio-Cilies, Y. T. Wang, M. Dong, G. A. Woolley, Nat. Chem. 2023, 15, 1285;l) P. Zhang, G. Wang, H. Yu, Responsive Mater. 2024, e20240016;m) P. Kobauri, F. J. Dekker, W. Szymanski, B. L. Feringa, Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202300681.

[7] a) P. Klán, T. Solomek, C. G. Bochet, A. Blanc, R. Givens, M. Rubina, V. Popik, A. Kostikov, J. Wirz, Chem. Rev. 2013, 113, 119;b) R. Weinstain, T. Slanina, D. Kand, P. Klan, Chem. Rev. 2020, 120, 13135;c) M. J. Hansen, W. A. Velema, M. M. Lerch, W. Szymanski, B. L. Feringa, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 3358;d) H. Li, J. Wang, L. Jiao, E. Hao, Chem. Commun. 2024, 60, 5770;e) D. Lu, S. Yang, Q. Yu, T. Zhu, L. Ji, C. Wang, T. Deng, S. Liu, W. Lv, Q. Zhao, Coord. Chem. Rev. 2024, 518, 216117.

[8] a) M. Irie, Chem. Rev. 2000, 100, 1685;b) S. Kawata, Y. Kawata, Chem. Rev. 2000, 100, 1777;c) H. Tian, S. Yang, Chem. Soc. Rev. 2004, 33, 85;d) F. M. Raymo, M. Tomasulo, Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 327;e) M. Irie, T. Fukaminato, K. Matsuda, S. Kobatake, Chem. Rev. 2014, 114, 12174;f) A. A. Beharry, G. A. Woolley, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4422;g) M. M. Lerch, W. Szymański, B. L. Feringa, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 1910;h) C. Petermayer, H. Dube, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 1153;i) C.-C. Ko, V. W.-W. Yam, Acc. Chem. Res. 2018, 51, 149;j) Z. Zhang, W. Wang, M. O'Hagan, J. Dai, J. Zhang, H. Tian, Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202205758;k) M. Li, W.-H. Zhu, Acc. Chem. Res. 2022, 55, 3136;l) H. Wang, H. K. Bisoyi, X. Zhang, F. Hassan, Q. Li, Chem. - Eur. J. 2022, 28, e202103906;m) L. Wang, Q. Li, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 1044;n) Z.-G. Zheng, Y. Li, H. K. Bisoyi, L. Wang, T. J. Bunning, Q. Li, Nature 2016, 531, 352;o) Y. Tang, H. K. Bisoyi, X. M. Chen, Z. Liu, X. Chen, S. Zhang, Q. Li, Adv. Mater. 2023, 35, 2300232;p) L. Wang, H. Dong, Y. Li, R. Liu, Y.-F. Wang, H. K. Bisoyi, L.-D. Sun, C.-H. Yan, Q. Li, Adv. Mater. 2015, 27, 2065;q) Z. G. Zheng, R. S. Zola, H. K. Bisoyi, L. Wang, Y. Li, T. J. Bunning, Q. Li, Adv. Mater. 2017, 29, 1701903;r) Y. Xu, Y. Tang, Q. Li, Adv. Funct. Mater. 2024, 2416359;s) Y. Liu, Z. Huang, X. Wang, Y. Hao, J. Yang, H. Wang, S. Qu, Adv. Funct. Mater. 2024, 2420587;t) H. Cheng, J. Yoon, H. Tian, Coord. Chem. Rev. 2018, 372, 66;u) A. S. Lubbe, W. Szymanski, B. L. Feringa, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1052;v) Y. Tang, X. Wang, S. Chen, Q. Li, Responsive Mater. 2024, 2, e20240003;w) Y. Tang, Z. Wang, Q. Li, Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2405367;x) F. Fan, X. M. Chen, J. Lin, M. Lin, L. Li, Y. Gu, Y. Chai, H. Zhang, X. Chen, Q. Li, Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2314832;y) Z. Li, S. Chen, Y. Huang, H. Zhou, S. Yang, H. Zhang, M. Wang, H. Guo, J. Yin, Chem. Eng. J. 2022, 450, 138087;z) Z. Li, X. Zeng, C. Gao, J. Song, F. He, T. He, H. Guo, J. Yin, Coord. Chem. Rev. 2023, 497, 215451.

[9] a) H. D. Bandara, S. C. Burdette, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 1809;b) J. A. Frank, D. A. Yushchenko, N. H. Fine, M. Duca, M. Citir, J. Broichhagen, D. J. Hodson, C. Schultz, D. Trauner, Chem. Sci. 2017, 8, 7604;c) C. Falenczyk, M. Schiedel, B. Karaman, T. Rumpf, N. Kuzmanovic, M. Grøtli, W. Sippl, M. Jung, B. König, Chem. Sci. 2014, 5, 4794;d) S. Herre, T. Schadendorf, I. Ivanov, C. Herrberger, W. Steinle, K. Rück-Braun, R. Preissner, H. Kuhn, ChemBioChem 2006, 7, 1089;e) Z. Li, Y. Wang, M. Li, H. Zhang, H. Guo, H. Ya, J. Yin, Org. Biomol. Chem. 2018, 16, 6988;f) H. Zhang, Y. Qi, X. Zhao, M. Li, R. Wang, H. Cheng, Z. Li, H. Guo, Z. Li, J. Org. Chem. 2022, 87, 7446;

[10] M. Schoenberger, A. Damijonaitis, Z. Zhang, D. Nagel, D. Trauner, ACS Chem. Neurosci. 2014, 5, 514.

[11] a) D. L. Fortin, M. R. Banghart, T. W. Dunn, K. Borges, D. A. Wagenaar, Q. Gaudry, M. H. Karakossian, T. S. Otis, W. B. Kristan, D. Trauner, R. H. Kramer, Nat. Methods 2008, 5, 331;b) I. Tochitsky, Z. Helft, V. Meseguer, R. B. Fletcher, K. A. Vessey, M. Telias, B. Denlinger, J. Malis, E. L. Fletcher, R. H. Kramer, Neuron 2016, 92, 100;c) L. Laprell, I. Tochitsky, K. Kaur, M. B. Manookin, M. Stein, D. M. Barber, C. Schön, S. Michalakis, M. Biel, R. H. Kramer, M. P. Sumser, D. Trauner, R. N. Van Gelder, J. Clin. Invest. 2017, 127, 2598.

[12] a) J. B. Trads, K. Hüll, B. S. Matsuura, L. Laprell, T. Fehrentz, N. Görldt, K. A. Kozek, C. D. Weaver, N. Klöcker, D. M. Barber, Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 15421;b) Z. Zhang, J. Li, R. Zhang, R. Chen, Y. Zhang, T. Wang, K. L. Yang, J. Zhu, Responsive Mater. 2024, 2, e20240021;c) Q. Zhang, J. Yang, K. Zhou, N. Zhang, X. Pei, X. Zhang, S. Chen, H. Luo, T. Wang, Q. Wang, Y. Zhang, Responsive Mater. 2024, 2, e20240023.

[13] a) J. Broichhagen, J. Frank, N. Johnston, R. Mitchell, K. Šmid, P. Marchetti, M. Bugliani, G. A. Rutter, D. Trauner, D. J. Hodson, Chem. Commun. 2015, 51, 6018;b) J. Broichhagen, M. Schönberger, S. C. Cork, J. A. Frank, P. Marchetti, M. Bugliani, A. J. Shapiro, S. Trapp, G. A. Rutter, D. J. Hodson, Nat. Commun. 2014, 5, 5116.

[14] a) M. Borowiak, W. Nahaboo, M. Reynders, K. Nekolla, P. Jalinot, J. Hasserodt, M. Rehberg, M. Delattre, S. Zahler, A. Vollmar, D. Trauner, O. Thorn-Seshold, Cell 2015, 162, 403;b) A. J. Engdahl, E. A. Torres, S. E. Lock, T. B. Engdahl, P. S. Mertz, C. N. Streu, Org. Lett. 2015, 17, 4546;c) M. J. Hansen, W. A. Velema, G. de Bruin, H. S. Overkleeft, W. Szymanski, B. L. Feringa, ChemBioChem 2014, 15, 2053;d) W. Szymanski, M. E. Ourailidou, W. A. Velema, F. J. Dekker, B. L. Feringa, Chem. - Eur. J. 2015, 21, 16517.

[15] a) W. A. Velema, J. P. Van Der Berg, M. J. Hansen, W. Szymanski, A. J. Driessen, B. L. Feringa, Nat. Chem. 2013, 5, 924;b) W. A. Velema, M. J. Hansen, M. M. Lerch, A. J. Driessen, W. Szymanski, B. L. Feringa, Bioconjugate Chem. 2015, 26, 2592;c) M. Wegener, M. J. Hansen, A. J. Driessen, W. Szymanski, B. L. Feringa, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17979;d) M. J. Hansen, J. I. Hille, W. Szymanski, A. J. Driessen, B. L. Feringa, Chem 2019, 5, 1293.

[16] a) Y. Matsumura, H. N. Ananthaswamy, Toxicol. Appl. Pharmacol. 2004, 195, 298;b) K. Kalka, H. Merk, H. Mukhtar, J. Am. Acad. Dermatol. 2000, 42, 389;c) R. Weissleder, Nat. Biotechnol. 2001, 19, 316.

[17] a) S. He, J. Song, J. Qu, Z. Cheng, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 4258;b) S. Wang, B. Li, F. Zhang, ACS Cent. Sci. 2020, 6, 1302.

[18] a) M. Dong, A. Babalhavaeji, S. Samanta, A. A. Beharry, G. A. Woolley, Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2662;b) S. Jia, W.-K. Fong, B. Graham, B. J. Boyd, Chem. Mater. 2018, 30, 2873;c) H. Chen, W. Chen, Y. Lin, Y. Xie, S. H. Liu, J. Yin, Chin. Chem. Lett. 2021, 32, 2359;d) A. L. Leistner, Z. L. Pianowski, Eur. J. Org. Chem. 2022, 2022, e202101271;e) F. A. Jerca, V. V. Jerca, R. Hoogenboom, Nat. Rev. Chem. 2022, 6, 51;f) M. Gao, D. Kwaria, Y. Norikane, Y. Yue, Nat. Sci. 2023, 3, e220020;g) Y. Huang, X. Zeng, X. Ma, Z. Lin, J. Sun, W. Xiao, S. H. Liu, J. Yin, G.-F. Yang, Nat. Commun. 2024, 15, 8670.

[19] H. B. Cheng, S. Zhang, J. Qi, X. J. Liang, J. Yoon, Adv. Mater. 2021, 33, 2007290.

[20] G. S. Hartley, Nature 1937, 140, 281.

[21] W. M. Horspool, F. Lenci, CRC Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology, Volumes 1 & 2, CRC Press, Boca Raton2003.

[22] a) M. Hammerich, C. Schütt, C. Stähler, P. Lentes, F. Röhricht, R. Höppner, R. Herges, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13111;b) D. B. Konrad, G. k. Savasci, L. Allmendinger, D. Trauner, C. Ochsenfeld, A. M. Ali, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6538.

[23] A. S. Amrutha, K. S. Kumar, T. Kikukawa, N. Tamaoki, ACS Nano 2017, 11, 12292.

[24] A. Mourot, M. A. Kienzler, M. R. Banghart, T. Fehrentz, F. M. Huber, M. Stein, R. H. Kramer, D. Trauner, ACS Chem. Neurosci. 2011, 2, 536.

[25] J. García-Amorós, D. Velasco, Beilstein J. Org. Chem. 2012, 8, 1003.

[26] Z. Ahmed, A. Siiskonen, M. Virkki, A. Priimagi, Chem. Commun. 2017, 53, 12520.

[27] H. Mustroph, Dyes Pigm. 1991, 16, 223.

[28] Y. Ye, J. Pang, X. Zhou, J. Huang, Comput. Theor. Chem. 2016, 1076, 17.

[29] D. Bléger, S. Hecht, Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 11338.

[30] a) R. Liu, Q. Xiao, Y. Li, H. Chen, Z. Yan, H. Zhu, Dyes Pigm. 2012, 92, 626;b) R. Liu, Y. Li, J. Chang, Q. Xiao, H. Zhu, W. Sun, J. Photochem. Photobiol., A 2012, 239, 47.

[31] A. A. Beharry, O. Sadovski, G. A. Woolley, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19684.

[32] a) R. Siewertsen, H. Neumann, B. Buchheim-Stehn, R. Herges, C. Nather, F. Renth, F. Temps, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15594;b) S. Samanta, C. Qin, A. J. Lough, G. A. Woolley, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 6452;c) W. Moormann, T. Tellkamp, E. Stadler, F. Röhricht, C. Näther, R. Puttreddy, K. Rissanen, G. Gescheidt, R. Herges, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 15081.

[33] M. Schehr, C. Lanes, J. Weisner, L. Heintze, M. P. Müller, C. Pichlo, J. Charl, E. Brunstein, J. Ewert, M. Lehr, U. Baumann, D. Rauh, U. Knippschild, C. Peifer, R. Herges, Photochem. Photobiol. Sci. 2019, 18, 1398.

[34] P. Lentes, E. Stadler, F. Röhricht, A. Brahms, J. Gröbner, F. D. Sönnichsen, G. Gescheidt, R. Herges, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 13592.

[35] a) S. Samanta, A. A. Beharry, O. Sadovski, T. M. McCormick, A. Babalhavaeji, V. Tropepe, G. A. Woolley, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9777;b) M. Dong, A. Babalhavaeji, C. V. Collins, K. Jarrah, O. Sadovski, Q. Dai, G. A. Woolley, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13483.

[36] S. Samanta, T. M. McCormick, S. K. Schmidt, D. S. Seferos, G. A. Woolley, Chem. Commun. 2013, 49, 10314.

[37] D. Bléger, J. Schwarz, A. M. Brouwer, S. Hecht, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20597.

[38] C. Knie, M. Utecht, F. Zhao, H. Kulla, S. Kovalenko, A. M. Brouwer, P. Saalfrank, S. Hecht, D. Bléger, Chem. - Eur. J. 2014, 20, 16492.

[39] A. Kerckhoffs, K. E. Christensen, M. J. Langton, Chem. Sci. 2022, 13, 11551.

[40] L. N. Lameijer, S. Budzak, N. A. Simeth, M. J. Hansen, B. L. Feringa, D. Jacquemin, W. Szymanski, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 21663.

[41] a) S. Crespi, N. A. Simeth, B. König, Nat. Rev. Chem. 2019, 3, 133;b) A. Mukherjee, M. D. Seyfried, B. J. Ravoo, Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202304437;c) T. Dang, Z.-Y. Zhang, T. Li, J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 19609;d) F. Deng, Z. Xu, Chin. Chem. Lett. 2019, 30, 1667.

[42] a) J. Garcia-Amorós, S. Nonell, D. Velasco, Chem. Commun. 2011, 47, 4022;b) J. Garcia-Amorós, S. Nonell, D. Velasco, Chem. Commun. 2012, 48, 3421.

[43] A. Rennhack, E. Grahn, U. B. Kaupp, T. K. Berger, ACS Chem. Biol. 2017, 12, 2952.

[44] a) E. Procházková, L. Čechová, J. Kind, Z. Janeba, C. M. Thiele, M. Dračínský, Chem. - Eur. J. 2018, 24, 492;b) J. Garcia-Amorós, M. Díaz-Lobo, S. Nonell, D. Velasco, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 12820.

[45] a) C. E. Weston, R. D. Richardson, P. R. Haycock, A. J. White, M. J. Fuchter, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11878;b) S. Devi, M. Saraswat, S. Grewal, S. Venkataramani, J. Org. Chem. 2018, 83, 4307;c) K. Rustler, P. Nitschke, S. Zahnbrecher, J. Zach, S. Crespi, B. Konig, J. Org. Chem. 2020, 85, 4079;d) S. Bhunia, A. Dolai, S. Bera, S. Samanta, J. Org. Chem. 2022, 87, 4449;e) T. Dang, D. Dong, J. Zhang, Y. He, Z. Y. Zhang, T. Li, Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202301992.

[46] a) J. Otsuki, K. Suwa, K. Narutaki, C. Sinha, I. Yoshikawa, K. Araki, J. Phys. Chem. A 2005, 109, 8064;b) J. Otsuki, K. Suwa, K. K. Sarker, C. Sinha, J. Phys. Chem. A 2007, 111, 1403;c) T. Wendler, C. Schütt, C. Näther, R. Herges, J. Org. Chem. 2012, 77, 3284;d) S. A. M. Steinmüller, M. Odaybat, G. Galli, D. Prischich, M. J. Fuchter, M. Decker, Chem. Sci. 2024, 15, 5360.

[47] J. Balam-Villarreal, B. López-Mayorga, D. Gallardo-Rosas, R. Toscano, M. Carreón-Castro, V. Basiuk, F. Cortés-Guzmán, J. López-Cortés, M. Ortega-Alfaro, Org. Biomol. Chem. 2020, 18, 1657.

[48] N. A. Simeth, S. Crespi, M. Fagnoni, B. König, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2940.

[49] a) J. Garcia-Amorós, M. C. R. Castro, P. Coelho, M. M. M. Raposo, D. Velasco, Chem. Commun. 2013, 49, 11427;b) R. Lin, P. K. Hashim, S. Sahu, A. S. Amrutha, N. M. Cheruthu, S. Thazhathethil, K. Takahashi, T. Nakamura, T. Kikukawa, N. Tamaoki, J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 9072.

[50] J. Calbo, C. E. Weston, A. J. White, H. S. Rzepa, J. Contreras-García, M. J. Fuchter, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1261.

[51] a) J. Calbo, A. R. Thawani, R. S. Gibson, A. J. White, M. J. Fuchter, Beilstein J. Org. Chem. 2019, 15, 2753;b) J. Simke, T. Bösking, B. J. Ravoo, Org. Lett. 2021, 23, 7635;c) S. Lv, Y. Zhang, W. Wang, S. Zhang, B. Tang, Smart Mol. 2024, e20240058.

[52] a) C. Yan, L. Shi, Z. Guo, W. Zhu, Chin. Chem. Lett. 2019, 30, 1849;b) G. Jalani, V. Tam, F. Vetrone, M. Cerruti, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10923;c) S. Wu, J. P. Blinco, C. Barner-Kowollik, Chem. - Eur. J. 2017, 23, 8325;

[53] K. Yan, M. Chen, S. Zhou, L. Wu, RSC Adv. 2016, 6, 85293.

[54] C. Yao, P. Wang, X. Li, X. Hu, J. Hou, L. Wang, F. Zhang, Adv. Mater. 2016, 28, 9341.

[55] J. Liu, W. Bu, L. Pan, J. Shi, Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 4375.

[56] T. Zhao, P. Wang, Q. Li, A. A. Al-Khalaf, W. N. Hozzein, F. Zhang, X. Li, D. Zhao, Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 2611.

[57] S. He, J. Song, J. Liu, L. Liu, J. Qu, Z. Cheng, Adv. Opt. Mater. 2019, 7, 1900045.

[58] M. Rumi, J. W. Perry, Adv. Opt. Photonics 2010, 2, 451.

[59] a) R. Breukers, S. Janssens, S. Raymond, M. Bhuiyan, A. Kay, Dyes Pigm. 2015, 112, 17;b) S. W. Magennis, F. S. Mackay, A. C. Jones, K. M. Tait, P. J. Sadler, Chem. Mater. 2005, 17, 2059;c) E. C. Carroll, S. Berlin, J. Levitz, M. A. Kienzler, Z. Yuan, D. Madsen, D. S. Larsen, E. Y. Isacoff, Proc. Natl. Acad. Sci. 2015, 112, E776;d) W. Yuan, L. Sun, H. Tang, Y. Wen, G. Jiang, W. Huang, L. Jiang, Y. Song, H. Tian, D. Zhu, Adv. Mater. 2005, 17, 156;e) E. Ishow, A. Brosseau, G. Clavier, K. Nakatani, R. B. Pansu, J.-J. Vachon, P. Tauc, D. Chauvat, C. R. Mendonça, E. Piovesan, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8970.

[60] J. Moreno, M. Gerecke, L. Grubert, S. A. Kovalenko, S. Hecht, Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 1544.

[61] J. Gemen, J. R. Church, T.-P. Ruoko, N. Durandin, M. J. Białek, M. Weißenfels, M. Feller, M. Kazes, M. Odaybat, V. A. Borin, R. Kalepu, Y. Diskin-Posner, D. Oron, M. J. Fuchter, A. Priimagi, I. Schapiro, R. Klajn, Science 2023, 381, 1357.

[62] a) J. Zhang, Q. Zou, H. Tian, Adv. Mater. 2013, 25, 378;b) W. C. Xu, S. Sun, S. Wu, Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 9712;c) A. Goulet-Hanssens, F. Eisenreich, S. Hecht, Adv. Mater. 2020, 32, 1905966.

[63] a) Z. Wang, P. Erhart, T. Li, Z.-Y. Zhang, D. Sampedro, Z. Hu, H. A. Wegner, O. Brummel, J. Libuda, M. B. Nielsen, K. Moth-Poulsen, Joule 2021, 5, 3116;b) B. Zhang, Y. Feng, W. Feng, Nano-Micro Lett. 2022, 14, 138;c) Q. Qiu, Y. Shi, G. G. Han, J. Mater. Chem. C 2021, 9, 11444;d) R. J. Salthouse, K. Moth-Poulsen, J. Mater. Chem. A 2024, 12, 3180;e) X. Xu, J. Feng, W.-Y. Li, G. Wang, W. Feng, H. Yu, Prog. Polym. Sci. 2024, 149, 101782.

[64] a) A. H. Gelebart, D. Jan Mulder, M. Varga, A. Konya, G. Vantomme, E. Meijer, R. L. Selinger, D. J. Broer, Nature 2017, 546, 632;b) J. Mahmoud Halabi, E. Ahmed, S. Sofela, P. Naumov, Proc. Natl. Acad. Sci. 2021, 118, e2020604118;c) C. Zhu, Y. Lu, L. Jiang, Y. Yu, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009835.

[65] a) H. A. Abdelmohsen, N. A. Copeland, J. G. Hardy, Drug Delivery Transl. Res. 2023, 13, 2159;b) Y. Zhao, Q. Huang, Y. Liu, ChemBioChem 2024, 25, e202400635;c) S. Jia, E. M. Sletten, ACS Chem. Biol. 2021, 17, 3255.

[66] a) A. B. Croll, N. Hosseini, M. D. Bartlett, Adv. Mater. 2019, 4, 1900193;b) D. K. Hohl, C. Weder, Adv. Opt. Mater. 2019, 7, 1900230.

[67] a) J. Bragger, A. Lloyd, S. Soozandehfar, S. Bloomfield, C. Marriott, G. Martin, Int. J. Pharm. 1997, 157, 61;b) R. L. Stingley, W. Zou, T. M. Heinze, H. Chen, C. E. Cerniglia, J. Med. Microbiol. 2010, 59, 108;c) A. Pandey, P. Singh, L. Iyengar, Int. Biodeterior. Biodegrad. 2007, 59, 73;d) W. Wang, Y. Xu, Y. Tang, Q. Li, Adv. Mater. 2025, 37, 2416122.

[68] Y. Shi, Cell 2014, 159, 995.

[69] M. A. Kienzler, A. Reiner, E. Trautman, S. Yoo, D. Trauner, E. Y. Isacoff, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17683.

[70] M. Volgraf, P. Gorostiza, R. Numano, R. H. Kramer, E. Y. Isacoff, D. Trauner, Nat. Chem. Biol. 2006, 2, 47.

[71] M. Banghart, K. Borges, E. Isacoff, D. Trauner, R. H. Kramer, Nat. Neurosci. 2004, 7, 1381.

[72] A. Rullo, A. Reiner, A. Reiter, D. Trauner, E. Isacoff, G. Woolley, Chem. Commun. 2014, 50, 14613.

[73] G. Cabré, A. Garrido-Charles, À. González-Lafont, W. Moormann, D. Langbehn, D. Egea, J. M. Lluch, R. Herges, R. Alibés, F. Busqué, P. Gorostiza, J. Hernando, Org. Lett. 2019, 21, 3780.

[74] E. R. Thapaliya, J. Zhao, G. C. Ellis-Davies, ACS Chem. Neurosci. 2019, 10, 2481.

[75] a) A. Polosukhina, J. Litt, I. Tochitsky, J. Nemargut, Y. Sychev, I. De Kouchkovsky, T. Huang, K. Borges, D. Trauner, R. N. Van Gelder, R. Kramer, Neuron 2012, 75, 271;b) I. Tochitsky, A. Polosukhina, V. E. Degtyar, N. Gallerani, C. M. Smith, A. Friedman, R. N. Van Gelder, D. Trauner, D. Kaufer, R. H. Kramer, Neuron 2014, 81, 800;c) A. Bassam, M. Du, Y. Li, X. He, Responsive Mater. 2025, 1, e20240031.

[76] a) M. Stein, A. Breit, T. Fehrentz, T. Gudermann, D. Trauner, Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 9845;b) M. Schönberger, D. Trauner, Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 3264.

[77] a) C. J. Currie, C. D. Poole, E. Gale, Diabetologia 2009, 52, 1766;b) A. W. Stitt, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 2010, 51, 4867.

[78] M. Prentki, C. J. Nolan, J. Clin. Invest. 2006, 116, 1802.

[79] a) Z. B. Mehta, N. R. Johnston, M.-S. Nguyen-Tu, J. Broichhagen, P. Schultz, D. P. Larner, I. Leclerc, D. Trauner, G. A. Rutter, D. J. Hodson, Sci. Rep. 2017, 7, 291;b) T. Hamaguchi, T. Hirose, H. Asakawa, Y. Itoh, K. Kamado, K. Tokunaga, K. Tomita, H. Masuda, N. Watanabe, M. Namba, Diabetes Res. Clin. Pract. 2004, 66, S129.

[80] M. J. Hassett, A. J. O'Malley, J. R. Pakes, J. P. Newhouse, C. C. Earle, J. Natl. Cancer Inst. 2006, 98, 1108.

[81] a) V. P. Torchilin, Nat. Rev. Drug Discovery 2014, 13, 813;b) Z. Wang, Y. Tang, Q. Li, Light: Sci. Appl. 2025, 14, 16;c) S. Mura, J. Nicolas, P. Couvreur, Nat. Mater. 2013, 12, 991.

[82] P. Dunkel, J. Ilaš, Cancers 2021, 13, 3237.

[83] a) A. F. Kisselev, M. Groettrup, Curr. Opin. Chem. Biol. 2014, 23, 16;b) T. Noguchi, M. Higashino, N. Kodama, A. Kawamura, T. Miyata, Responsive Mater. 2023, 1, e20230007.

[84] a) J. E. Sheldon, M. M. Dcona, C. E. Lyons, J. C. Hackett, M. C. Hartman, Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 40;b) Y. An, C. Chen, J. Zhu, P. Dwivedi, Y. Zhao, Z. Wang, Front. Chem. Sci. Eng. 2020, 14, 880;c) Z. Wang, L. Fernandez, A. S. Aslam, M. Shamsabadi, L. M. Muhammad, K. Moth-Poulsen, Responsive Mater. 2023, 1, e20230012.

[85] J. Halekotte, L. Witt, C. Ianes, M. Krüger, M. Bührmann, D. Rauh, C. Pichlo, E. Brunstein, A. Luxenburger, U. Baumann, U. Knippschild, J. Bischof, C. Peifer, Molecules 2017, 22, 522.

[86] a) E. Svoboda, Nature 2020, 586, S58;b) X. Li, H. Bai, Y. Yang, J. Yoon, S. Wang, X. Zhang, Adv. Mater. 2019, 31, 1805092;c) J. A. Bartell, L. M. Sommer, J. A. Haagensen, A. Loch, R. Espinosa, S. Molin, H. K. Johansen, Nat. Commun. 2019, 10, 629;d) E. D. Brown, G. D. Wright, Nature 2016, 529, 336;e) S. B. Levy, B. Marshall, Nat. Med. 2004, 10, S122;f) Z. Li, J. Song, X. Gao, X. Ma, K. Liu, Z. Ma, Q. Wang, X. Zeng, H. Zhang, P. Zhang, Chin. Chem. Lett. 2024, 110073;g) R. Zheng, Y. Wei, Z. C. Zhang, Z. Y. Wang, L. L. Ma, Y. Wang, L. Huang, Y. Q. Lu, Responsive Mater. 2023, 1, e20230017;h) M. Lei, Q. Wang, R. Gu, D. H. Qu, Responsive Mater. 2024, 2, e20230027;

[87] a) K. Lewis, Nat. Rev. Drug Discovery 2013, 12, 371;b) J. M. Blair, M. A. Webber, A. J. Baylay, D. O. Ogbolu, L. J. Piddock, Nat. Rev. Microbiol. 2015, 13, 42;c) F. Cieplik, D. Deng, W. Crielaard, W. Buchalla, E. Hellwig, A. Al-Ahmad, T. Maisch, Crit. Rev. Microbiol. 2018, 44, 571.

[88] a) S. Bhunia, S. M. Box, S. Bera, A. Dolai, S. Samanta, ChemMedChem 2025, 20, e202400613;b) A. Aubert, A. Fayeulle, M. Vayssade, M. Billamboz, E. Léonard, Photocatal.: Res. Potential 2023, 1, 10007;c) W. C. Gao, J. Qiao, J. Hu, Y. S. Guan, Q. Li, Responsive Mater. 2024, 2, e20230022;d) J. Salta, R. I. Benhamou, I. M. Herzog, M. Fridman, Chem. - Eur. J. 2017, 23, 12724;e) X. Fu, J. Yu, N. Dai, Y. Huang, F. Lv, L. Liu, S. Wang, ACS Appl. Bio Mater. 2020, 3, 4751;f) S. Bhunia, A. Das, S. K. Jana, S. Mandal, S. Samanta, Bioconjugate Chem. 2023, 35, 92;g) A. Dolai, S. Bhunia, S. K. Jana, S. Bera, S. Mandal, S. Samanta, ChemBioChem 2024, 25, e202300851;h) S. Piotto, S. Concilio, L. Sessa, P. Iannelli, A. Porta, E. C. Calabrese, M. R. Galdi, L. Incarnato, Polym. Compos. 2013, 34, 1489;i) T.-H. Zhang, Y.-K. Yang, Y.-M. Feng, Z.-J. Luo, M.-W. Wang, P.-Y. Qi, D. Zeng, H.-W. Liu, Y.-M. Liao, J. Meng, X. Zhou, L.-W. Liu, S. Yang, Pest Manage. Sci. 2025, 81, 585;j) S. N. Sarabando, A. Palmeira, M. E. Sousa, M. A. F. Faustino, C. J. P. Monteiro, Pharmaceuticals 2023, 16, 682.

[89] a) K.-C. Fang, Y.-L. Chen, J.-Y. Sheu, T.-C. Wang, C.-C. Tzeng, J. Med. Chem. 2000, 43, 3809;b) G. E.-D. A. Abuo-Rahma, H. A. Sarhan, G. F. Gad, Bioorg. Med. Chem. 2009, 17, 3879.

[90] G. Du, J. Fu, Y. Zheng, F. Hu, X. Shen, B. Li, X. Zhao, Z. Yu, Org. Biomol. Chem. 2023, 21, 1021.

[91] S. Bhunia, S. K. Jana, S. Sarkar, A. Das, S. Mandal, S. Samanta, Chem. - Eur. J. 2024, 30, e202303685.

[92] Y. Tang, X. Wang, G. Zhu, Z. Liu, X. M. Chen, H. K. Bisoyi, X. Chen, X. Chen, Y. Xu, J. Li, Q. Li, Small 2023, 19, 2205440.

[93] J. J. Burchall, G. H. Hitchings, Mol. Pharmacol. 1965, 1, 126.

[94] A. I. Lauxen, P. Kobauri, M. Wegener, M. J. Hansen, N. S. Galenkamp, G. Maglia, W. Szymanski, B. L. Feringa, O. P. Kuipers, Pharmaceuticals 2021, 14, 392.

[95] Y. M. Somorin, N.-J. M. Weir, S. H. Pattison, M. A. Crockard, C. M. Hughes, M. M. Tunney, D. F. Gilpin, BMC Microbiol. 2022, 22, 144.

[96] U. Rashid, W. Ahmad, S. F. Hassan, N. A. Qureshi, B. Niaz, B. Muhammad, S. Imdad, M. Sajid, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2016, 26, 5749.

[97] a) J. Ewert, L. Heintze, M. Jordà-Redondo, J.-S. von Glasenapp, S. Nonell, G. Bucher, C. Peifer, R. Herges, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 15059;b) D. Kolarski, S. Miller, T. Oshima, Y. Nagai, Y. Aoki, P. Kobauri, A. Srivastava, A. Sugiyama, K. Amaike, A. Sato, F. Tama, W. Szymanski, B. L. Feringa, K. Itami, T. Hirota, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 2078;c) L. Camerin, G. Maleeva, A. M. J. Gomila, I. Suárez-Pereira, C. Matera, D. Prischich, E. Opar, F. Riefolo, E. Berrocoso, P. Gorostiza, Angew. Chem., Int. Ed. 2024, 63, e202403636;d) K. Aggarwal, T. P. Kuka, M. Banik, B. P. Medellin, C. Q. Ngo, D. Xie, Y. Fernandes, T. L. Dangerfield, E. Ye, B. Bouley, K. A. Johnson, Y. J. Zhang, J. K. Eberhart, E. L. Que, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 14522;e) M. Dudek, L. López-Pacios, N. Sabouri, J. J. Nogueira, L. Martinez-Fernandez, M. Deiana, Angew. Chem., Int. Ed. 2025, 64, e202413000.

RIGHTS & PERMISSIONS

2025 The Author(s). Responsive Materials published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Southeast University.