刘斌 Angew. Chem. Int. Ed.: AIE探针用于荧光“点亮”实时生物正交肿瘤标记和影像引导光动力治疗

【引言】

近几年，生物正交标记技术在肿瘤特异性成像和药物递送等方面得到广泛关注和研究。生物正交标记通常有以下两个操作步骤：第一步，利用糖代谢工程，在目标肿瘤细胞表面引入用活性反应基团，如叠氮等，作为人工识别受体；第二步，在成像剂（荧光团、放射性同位素）或治疗剂（化疗药物、光敏剂）上修饰对应的活性反应基团，可以与肿瘤细胞上表达的人工识别受体发生化学反应，从而以共价键的形式连接在肿瘤细胞表面。由于是共价键连接，在实现肿瘤特异性成像和肿瘤靶向药物递送方面比传统的主动靶向策略显得更有效。此外，主动靶向策略依赖于细胞表面上的现有识别受体，而生物正交标记技术不受此限制，几乎可以在任意目标细胞表面表达人工识别受体。然而，到目前为止，由于缺乏用于体内生物正交标记的荧光“点亮”探针，现有的肿瘤生物正交标记在很大程度上是依赖于代谢清除作用以将靶标与内在探针信号区分开，需要较长时间才能实现对肿瘤的特异性成像。

【成果简介】

近日，新加坡国立大学的刘斌教授（通讯作者）等首次报道了一种基于具有聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）的荧光“点亮”探针BCN-TPET-TEG，用于体内生物正交荧光肿瘤标记。BCN-TPET-TEG由AIE 光敏剂、无铜点击的环辛炔和亲水三甘醇链组成。其具在可见光区具有宽的吸收光谱，固态NIR发光，产生¹O₂的量子产率高达59.1％的优点。由于三甘醇链的亲水性及其AIE发光特征，BCN-TPET-TEG在水性介质中发射较弱，并且在与不同生物分子孵育时其荧光几乎不会改变以确保低的背景信号。但是当它通过细胞新陈代谢与引入肿瘤细胞表面的叠氮基团反应时，探针的荧光增强，以实现快速的肿瘤特异性成像。优异的光敏性能也用于影像引导的肿瘤光动力治疗。研究成果以题为“A Light-Up Probe with Aggregation-Induced Emission for Real-Time Bio-orthogonal Tumor Labeling and Image-Guided Photodynamic Therapy”发布在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。本文的第一作者为新加坡国立大学的胡方博士和毛铎博士。

【图文导读】

图一、BCN-TPET-TEG的化学结构和表征

 （a） BCN-TPET-TEG和TAB的化学结构式；

（b） BCN-TPET-TEG在THF /H₂O (v / v = 1:99)中的紫外吸收光谱；

（c） 白光照射下，Rose Bengal, BCN-TPET-TEG, BCN-TPET-TEG与TAB共聚1 h后对ABDA的分解速率；

（d） BCN-TPET-TEG和TAB在THF /H₂O（v / v = 1:10）中不同聚合反应时间下的荧光光谱；

（e） BCN-TPET-TEG或Az-TPET-TEG在不同条件下的相对荧光强度。

图二、BCN-TPET-TEG的体外细胞实验 

（a） 叠氮化物与癌细胞膜聚糖作用和生物正交反应标记；

（b） BCN-TPET-TEG生物正交标记和CellMask Green处理及叠加后4T1的图像；

（c） BCN-TPET-TEG和PBS孵育后与Az-TPET-TEG, 4T1细胞共孵育时，AzAcSA预处理的4T1的CLSM图像。

图三、BCN-TPET-TEG的体内小鼠实验 

（a） DBCO Cy5 /BCN-TPET-TEG在不同时间静脉注射后，在有或无AzAcSA瘤内预处理的4T1荷瘤小鼠肿瘤部位的荧光成像；

（b） DBCO Cy5 /BCN-TPET-TEG在不同时间静脉注射后，在有或无AzAcSA瘤内预处理的4T1荷瘤小鼠肿瘤部位的平均荧光强度；

（c） 不同条件下给药24 h后肿瘤和器官的荧光成像；

（d） 不同条件下给药24 h后肿瘤和器官的荧光强度。

【小结】

研究了一种多功能AIEgen荧光“点亮”探针BCN-TPET-TEG，用于生物正交标记体内肿瘤成像和图像引导光动力治疗。在肿瘤细胞表面上与表达的叠氮化物进行生物正交反应后，分子运动受到限制使得分子聚集诱导发光，BCN-TPET-TEG的荧光显着增强。通过该发光探针对肿瘤进行生物正交标记可以实现快速的肿瘤特异性成像并实时监测共价标记的BCN-TPET-TEG在肿瘤上的量。此外，在发光荧光信号的指导下，使用BCN-TPET-TEG提供的PDT成功实现了肿瘤生长抑制。这是分子探针领域的首次证明体内生物正交标记肿瘤成像和原位PDT治疗。

文献链接：A Light-Up Probe with Aggregation-Induced Emission for Real-Time Bio-orthogonal Tumor Labeling and Image-Guided Photodynamic Therapy（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201805446）

刘斌教授，新加坡国立大学化学和生物分子工程系。课题组网页：

http://cheed.nus.edu.sg/stf/cheliub/

个人获奖和荣誉情况：

Highly Cited Researcher by Clarivate Analytics (2017)
Fellow of the Academy of Engineering, Singapore (2017)
President's Technology Award (2016)
Fellow of Royal Society of Chemistry (2016)
The World’s Most Influential Minds; Top 1% Highly Cited Researchers in Materials Science by Thomson Reuters (2015)
Materials in Society Lectureship, Elsevier (2015)
Singapore National Research Foundation Investigatorship (2014)
The World’s Most Influential Minds (Highly cited researchers by Thomson Reuters 2014)
Singapore National Institute of Chemistry (SNIC)-BASF Materials Award (2014)
Invited Lecturer of Asia Excellence, Japanese Polymer Society (2013)
Asia Rising Star, 15th Asia Chemical Congress (2013)
National University of Singapore Young Researcher Award (2013)
National University of Singapore Faculty Young Researcher Award (2012)
L’Oreal-Singapore Women in Science National Fellowship (2011)
Defense Research and Innovative Program Award (2010)
Singapore National Science and Technology Young Scientist Award (2008)
National University of Singapore Young Investigator Award (2006)

本文由材料人生物材料组小胖纸编译。

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