活體成像已廣泛應(yīng)用于癌癥的早期診斷和預(yù)后評估。近年來，近紅外熒光成像由于其出色的靈敏度、高時間分辨率、非電離輻射以及較小的自發(fā)熒光等特性，在腫瘤成像中引起了越來越多的關(guān)注。在眾多熒光探針中，聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料（AIEgen）由于其光漂白閾值高、斯托克斯位移大和原位激活能力可調(diào)等優(yōu)勢，被認(rèn)為是一種非常有臨床應(yīng)用潛力的探針。然而，已報道AIEgen的類型大多是“單靶向”和“單聚集”（即分子間聚集），其成像特異性和靈敏度有限。具有串聯(lián)靶向和雙聚集（即分子內(nèi)和分子間同時聚集）特征的近紅外AIEgen的成像特異性和靈敏度有望進(jìn)一步增強(qiáng)，卻尚未見報道。
基于此，東南大學(xué)梁高林（點(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種智能“串聯(lián)靶向、雙重聚集”型近紅外AIEgen探針β-tBu-Ala-Cys(StBu)-Lys(Biotin)-Pra(QMT)-CBT (Ala-Biotin-QMT)。首先，Ala-Biotin-QMT通過主動靶向腫瘤細(xì)胞膜高表達(dá)的生物素受體（第一重靶向）有效進(jìn)入細(xì)胞，然后在亮氨酸氨基肽酶（LAP）的特異性識別及酶切下形成反應(yīng)中間體Biotin-QMT（第二重靶向）。接著，上述中間體迅速發(fā)生細(xì)胞內(nèi)CBT-Cys反應(yīng)生成環(huán)狀二聚體（第一重聚集）并進(jìn)一步組裝成納米顆粒（第二重聚集），“點(diǎn)亮”并增強(qiáng)AIE信號以實(shí)現(xiàn)對腫瘤的高靈敏近紅外熒光成像（圖1）。
圖1. 智能“串聯(lián)靶向、雙重聚集”型探針Ala-Biotin-QMT用于腫瘤的增強(qiáng)近紅外熒光成像示意圖。
首先，作者體外驗(yàn)證了Ala-Biotin-QMT探針的“雙重聚集”誘導(dǎo)發(fā)光性能（圖2）。通過高效液相色譜與透射電子顯微鏡的結(jié)果驗(yàn)證，Ala-Biotin-QMT探針在LAP的激活下發(fā)生分子內(nèi)CBT-Cys點(diǎn)擊反應(yīng)形成環(huán)狀二聚體Biotin-QMT-Dimer并進(jìn)一步自組裝成納米顆粒（直徑約107.3 nm）。熒光光譜顯示，Ala-Biotin-QMT探針在LAP的激活下有效地“點(diǎn)亮”并增強(qiáng)近紅外熒光信號，對LAP的檢測具有較高的靈敏度和選擇性。
圖2. “串聯(lián)靶向、雙重聚集”探針Ala-Biotin-QMT對LAP的響應(yīng)性分析。
隨后，作者在體外驗(yàn)證了Ala-Biotin-QMT探針在癌細(xì)胞成像中的有效性（圖3）。熒光顯微鏡觀察結(jié)果表明，上述“串聯(lián)靶向、雙重聚集”策略可以在癌細(xì)胞成像中實(shí)現(xiàn)4.8倍的熒光信號增強(qiáng)。生物透射電子顯微鏡結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)Ala-Biotin-QMT在HepG2細(xì)胞中自組裝形成了納米粒子。
圖3. 體外驗(yàn)證“串聯(lián)靶向和雙重聚集”策略在癌細(xì)胞成像中的有效性。
最后，作者在動物層面中驗(yàn)證了Ala-Biotin-QMT探針在腫瘤近紅外熒光成像的有效性（圖4）。活體成像結(jié)果顯示，上述“串聯(lián)靶向、雙重聚集”策略可以在活體腫瘤成像中實(shí)現(xiàn)7.9倍的熒光信號增強(qiáng)。
圖4. 體內(nèi)驗(yàn)證“串聯(lián)靶向和雙重聚集”策略在活體腫瘤成像中的有效性
這一成果近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society 上。論文的共同第一作者為東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士生鄧瑜和揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院徐玲玲博士。東南大學(xué)副研究員占文俊和東南大學(xué)首席教授、數(shù)字醫(yī)學(xué)工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任梁高林為該論文的共同通訊作者。該工作在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、江蘇省前沿引領(lǐng)技術(shù)基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目的資助下完成。
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