近紅外二區(qū)生物醫(yī)學(xué)成像小分子熒光探針研究新進(jìn)展
近日，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)旗下著名期刊《化學(xué)科學(xué)》（Chemical Science）在線發(fā)表了我院洪學(xué)傳教授課題組在近紅外二區(qū)（NIR-II）有機(jī)小分子探針研究方面取得的新進(jìn)展。該研究首次合成了既具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)又具有近紅外二區(qū)熒光發(fā)射的有機(jī)小分子，為解決近紅外二區(qū)小分子生物成像中的熒光淬滅問(wèn)題提供了新思路。論文題為Novel near-Infrared II aggregation-induced emission dots for in vivo bioimaging (http://dx.doi.org/10.1039/C8SC04363A)，我院碩士生林嘉誠(chéng)和博士生曾小東為共同第一作者，洪學(xué)傳教授為獨(dú)立通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目、湖北省創(chuàng)新群體項(xiàng)目和病毒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等資助。
熒光成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和疾病的診斷治療等方面有著廣泛的應(yīng)用，例如，生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、金屬離子、還原型谷胱甘肽等物質(zhì)的檢測(cè)，臨床上腫瘤早期診斷和前哨淋巴結(jié)的標(biāo)記，以及為精準(zhǔn)區(qū)分正常組織與病變組織而采用的熒光成像指導(dǎo)的腫瘤切除術(shù)。目前研究和臨床常用的為可見(jiàn)光區(qū)（400 - 700 nm）和近紅外一區(qū)（NIR-I，700 - 900 nm）的熒光染料。相較于可見(jiàn)光區(qū)和近紅外一區(qū)熒光，近紅外二區(qū)（1000 nm - 1700 nm）熒光在機(jī)體的散射和組織吸收變少，此波段的生物自熒光效應(yīng)極低，在體內(nèi)成像中展現(xiàn)出更深的組織穿透深度和更高的空間分辨率等優(yōu)勢(shì)，NIR-II熒光成像技術(shù)已成為生物醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)方向。然而，大多數(shù)近紅外二區(qū)有機(jī)小分子熒光染料受到聚集誘導(dǎo)熒光淬滅作用的影響使其在水溶液及生理?xiàng)l件下的熒光強(qiáng)度大幅下降，因此，開發(fā)一種在生理?xiàng)l件下具有強(qiáng)熒光發(fā)射的新型NIR-II染料具有重要的科學(xué)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該課題組通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，成功構(gòu)建了具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)的近紅外二區(qū)有機(jī)小分子染料HLZ-BTED，該染料克服了傳統(tǒng)熒光染料的聚集誘導(dǎo)淬滅的缺陷，在水溶液中具有強(qiáng)熒光發(fā)射。通過(guò)二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇（DSPE-PEG）包載該染料所得的HLZ-BTED納米膠束具有極好的水溶性和生物相容性。將此納米膠束用于腫瘤和血管NIR-II成像，獲得了高靈敏度和顯像信噪比的成像效果。同時(shí)對(duì)小鼠胃腸道進(jìn)行非侵入式的近紅外二區(qū)活體動(dòng)態(tài)成像，成功顯示出健康及腸梗阻狀態(tài)下胃腸道蠕動(dòng)差異，此探針有望成為評(píng)估胃腸道運(yùn)動(dòng)功能障礙程度和評(píng)價(jià)藥物對(duì)腸梗阻療效的有效工具。這些研究結(jié)果將進(jìn)一步推進(jìn)近紅外二區(qū)有機(jī)小分子探針深層次成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。
圖注：近紅外二區(qū)熒光納米粒的制備和生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用
此外，課題組近期還將近紅外二區(qū)熒光成像技術(shù)應(yīng)用于肝癌新靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證以及成像指導(dǎo)的腫瘤靶向治療。相關(guān)工作以“Near-infrared II dye-protein complex for biomedical imaging and imaging-guided photothermal therapy”和“Proteomic analysis and NIR-II imaging of MCM2 protein in hepatocellular carcinoma”為題，分別發(fā)表在Adv. Healthcare Mater. (DOI: 10.1002/adhm.201800589) 和J. Proteome Res. (DOI: 10.1021/acs.jproteome.8b00181) 上。
洪學(xué)傳課題組長(zhǎng)期從事近紅外二區(qū)有機(jī)小分子熒光染料的合成與應(yīng)用研究，取得了一系列開創(chuàng)性的研究成果，相關(guān)工作此前已發(fā)表在《Nature Materials》、《Nature Communications》、《Chemical Science》等國(guó)際知名刊物上。近紅外二區(qū)熒光成像技術(shù)有著極大的臨床轉(zhuǎn)化潛力，相信這些有機(jī)小分子熒光探針將推動(dòng)NIR-II熒光成像技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。
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