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近红外二区生物医学成像小分子荧光探针研究新进展

来源:信息管理  浏览量:  更新时间:2018-11-30 09:12:13

近日,英国皇家化学会旗下著名期刊《化学科学》(Chemical Science)在线发表了我院洪学传教授课题组在近红外二区(NIR-II)有机小分子探针研究方面取得的新进展。该研究首次合成了既具有聚集诱导发光效应又具有近红外二区荧光发射的有机小分子,为解决近红外二区小分子生物成像中的荧光淬灭问题提供了新思路。论文题为Novel near-Infrared II aggregation-induced emission dots for in vivo bioimaging (http://dx.doi.org/10.1039/C8SC04363A),我院硕士生林嘉诚和博士生曾小东为共同第一作者,洪学传教授为独立通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目、自然科学基金委重大项目、湖北省创新群体项目和病毒学国家重点实验室等资助。

荧光成像技术在生物医学基础研究和疾病的诊断治疗等方面有着广泛的应用,例如,生物体内蛋白质、金属离子、还原型谷胱甘肽等物质的检测,临床上肿瘤早期诊断和前哨淋巴结的标记,以及为精准区分正常组织与病变组织而采用的荧光成像指导的肿瘤切除术。目前研究和临床常用的为可见光区(400 - 700 nm)和近红外一区(NIR-I700 - 900 nm)的荧光染料。相较于可见光区和近红外一区荧光,近红外二区(1000 nm - 1700 nm)荧光在机体的散射和组织吸收变少,此波段的生物自荧光效应极低,在体内成像中展现出更深的组织穿透深度和更高的空间分辨率等优势,NIR-II荧光成像技术已成为生物医学研究的热点方向。然而,大多数近红外二区有机小分子荧光染料受到聚集诱导荧光淬灭作用的影响使其在水溶液及生理条件下的荧光强度大幅下降,因此,开发一种在生理条件下具有强荧光发射的新型NIR-II染料具有重要的科学与经济价值。该课题组通过结构设计和理论计算,成功构建了具有聚集诱导发光效应的近红外二区有机小分子染料HLZ-BTED,该染料克服了传统荧光染料的聚集诱导淬灭的缺陷,在水溶液中具有强荧光发射。通过二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(DSPE-PEG)包载该染料所得的HLZ-BTED纳米胶束具有极好的水溶性和生物相容性。将此纳米胶束用于肿瘤和血管NIR-II成像,获得了高灵敏度和显像信噪比的成像效果。同时对小鼠胃肠道进行非侵入式的近红外二区活体动态成像,成功显示出健康及肠梗阻状态下胃肠道蠕动差异,此探针有望成为评估胃肠道运动功能障碍程度和评价药物对肠梗阻疗效的有效工具。这些研究结果将进一步推进近红外二区有机小分子探针深层次成像技术在生物医学上的应用。

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图注:近红外二区荧光纳米粒的制备和生物医学成像应用

此外,课题组近期还将近红外二区荧光成像技术应用于肝癌新靶标的发现与验证以及成像指导的肿瘤靶向治疗。相关工作以“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”为题,分别发表在Adv. Healthcare Mater. (DOI: 10.1002/adhm.201800589) J. Proteome Res. (DOI: 10.1021/acs.jproteome.8b00181) 上。

洪学传课题组长期从事近红外二区有机小分子荧光染料的合成与应用研究,取得了一系列开创性的研究成果,相关工作此前已发表在《Nature Materials》、《Nature Communications》、《Chemical Science》等国际知名刊物上。近红外二区荧光成像技术有着极大的临床转化潜力,相信这些有机小分子荧光探针将推动NIR-II荧光成像技术在临床上的应用。