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近期，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院、教育部前沿科學(xué)中心郭志前教授課題組在高性能近紅外染料的前沿基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中取得了重要進(jìn)展，相關(guān)階段性研究成果分別發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》、《化學(xué)科學(xué)》和《配位化學(xué)評論》。
精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域，特別是針對在生物醫(yī)學(xué)成像、疾病診斷等新興領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新，高性能近紅外熒光染料具有非常廣闊的應(yīng)用前景。郭志前教授課題組一直致力于突破染料革新應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，在高性能雙通道近紅外熒光染料應(yīng)用研究中已取得系列進(jìn)展，創(chuàng)新性發(fā)展了何時（ When）、何處（ Where）、如何（How）的實時示蹤設(shè)計新策略（WWH），解決了實時示蹤中“盲點(diǎn)”無法檢測的瓶頸難題。
化學(xué)動力學(xué)療法選擇性放大腫瘤細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激效應(yīng)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，在癌癥定向藥物治療、炎癥相關(guān)疾病精準(zhǔn)治療方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而，在腫瘤內(nèi)進(jìn)行芬頓或類芬頓催化反應(yīng)的要求苛刻、效率低，其特異性產(chǎn)生的•OH壽命短、檢測難等已經(jīng)成為制約其臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵瓶頸難題，迫切需要建立實時監(jiān)測瘤內(nèi)反應(yīng)的有效手段，如何高分辨率、實時獲取•OH的動態(tài)治療反饋已經(jīng)有待解決的重要技術(shù)挑戰(zhàn)。
郭志前教授課題組創(chuàng)新提出了基于雙通道近紅外染料發(fā)展高時空分辨率雙模納米診療新策略，實時、原位追蹤并反饋細(xì)胞和活體內(nèi)•OH的動態(tài)治療效果。相關(guān)成果研究成果以題為“Spatio‐Temporally Reporting Dose‐Dependent Chemotherapy via Uniting Dual‐Modal MRI/NIR Imaging”發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.2020, DOI:10.1002 /anie.202009380），并被選為Very Important Paper（VIP論文）。
磁共振/雙通道近紅外熒光雙模式互補(bǔ)成像實現(xiàn)高時空分辨率治療反饋
該研究巧妙地設(shè)計了雙通道近紅外NQO1分子探針，動態(tài)檢測反饋•OH水平變化，解決了實時檢測•OH的難題并避免了其自消耗性。首次成功地將醫(yī)用磁共振MRI系統(tǒng)和雙通道熒光成像一體化定量關(guān)聯(lián)，突破了簡單組合多模式成像在時空分辨率上的盲點(diǎn)，實現(xiàn)了1+1>2的精準(zhǔn)診療效果，即MRI磁共振圖像精準(zhǔn)報告Fenton試劑的劑量空間分布；近紅外熒光成像實時反饋•OH的體內(nèi)行為，近紅外信號（NIR-1）報告Fenton試劑動態(tài)變化過程，成功將磁信號與熒光信號定量關(guān)聯(lián)；近紅外通道信號（NIR-2）實時反饋•OH治療，并與腫瘤內(nèi)芬頓催化效率的MRI信號變化聯(lián)動。這種磁共振-熒光雙模成像設(shè)計策略為發(fā)展可視化、動力學(xué)精準(zhǔn)治療開辟了重要的設(shè)計新思路。
磁共振成像追蹤Fenton試劑分布及NIR-1信號監(jiān)測Fenton試劑的瘤內(nèi)釋放和NIR-2信號反饋•OH的治療
基于雙通道近紅外染料分子設(shè)計平臺，創(chuàng)新構(gòu)建靶向癌細(xì)胞的熒光探針監(jiān)測葡萄糖氧化酶（GOD）觸發(fā)的細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平變化，構(gòu)建了可視化的腫瘤特異性級聯(lián)納米治療體系。利用近紅外雙通道熒光實時監(jiān)測生物分布和在時空模式下激活的過程，實現(xiàn)了體內(nèi)實時跟蹤腫瘤特異性的診療，相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》（Chem. Sci., 2020, 11, 3371-3377）。
基于課題組在近紅外染料方面取得的系列重要研究進(jìn)展（Nat. Commun.2020, 11, 793；Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 9059-9066; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7, 3171–3177；Adv. Mater., 2019, 31,1805735），課題組受邀在Coord. Chem. Rev.上發(fā)表題為“Recent Progress on Molecularly Near-Infrared Fluorescent Probes for Chemotherapy and Phototherapy”的研究綜述，系統(tǒng)總結(jié)和闡述了高性能近紅外染料的設(shè)計策略及在生物成像和診斷治療方面的最新應(yīng)用進(jìn)展。
上述工作主要由碩士研究生馬一宇、王若飛和博士后燕宸旭等完成，并得到了田禾院士和朱為宏教授的悉心指導(dǎo)。該研究成果得到了材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項目、上海市重大專項、上海市科研創(chuàng)新計劃等項目資金的支持。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202009380
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/sc/d0sc00290a
https://authors.elsevier.com/tracking/article/details.do?aid=213556&jid=CCR&surname=Guo
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