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展
近日，英國皇家化學(xué)會旗下著名期刊《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）有機小分子探針研究方面取得的新進展。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)，我院碩士生林嘉誠和博士生曾小東為共同第一作者，洪學(xué)傳教授為獨立通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目、自然科學(xué)基金委重大項目、湖北省創(chuàng)新群體項目和病毒學(xué)國家重點實驗室等資助。
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，臨床上腫瘤早期診斷和前哨淋巴結(jié)的標記，以及為精準區(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，NIR-II熒光成像技術(shù)已成為生物醫(yī)學(xué)研究的熱點方向。然而，大多數(shù)近紅外二區(qū)有機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條件下的熒光強度大幅下降，因此，開發(fā)一種在生理條件下具有強熒光發(fā)射的新型NIR-II染料具有重要的科學(xué)與經(jīng)濟價值。該課題組通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論計算，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，在水溶液中具有強熒光發(fā)射。通過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。同時對小鼠胃腸道進行非侵入式的近紅外二區(qū)活體動態(tài)成像，成功顯示出健康及腸梗阻狀態(tài)下胃腸道蠕動差異，此探針有望成為評估胃腸道運動功能障礙程度和評價藥物對腸梗阻療效的有效工具。這些研究結(jié)果將進一步推進近紅外二區(qū)有機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)用于肝癌新靶標的發(fā)現(xiàn)與驗證以及成像指導(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)傳課題組長期從事近紅外二區(qū)有機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，相信這些有機小分子熒光探針將推動NIR-II熒光成像技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。
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