智能型分子荧光探针精准检测研究领域取得突破性进展

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分子荧光探针作为一种能够对疾病早期诊断及检测的重要工具在生物医学领域具有非常广阔的应用前景。最近，我校费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心朱为宏教授和郭志前教授团队在智能型分子荧光探针精准检测研究领域取得突破性进展，相关研究成果连续发表于国际一流学术期刊《先进材料》（Adv. Mater.，DOI：10.1002/adma.201805735）和《化学科学》（Chem. Sci.，DOI：10.1039/c8sc04266g），其中一篇研究论文被ChemSci Pick of the Week以“Probing for answers on cancer”为题进行亮点报道（http://www.rsc.org/news-events/journals-highlights/2018/oct/probing-for-answers-on-cancer/  ）。

基于特异性荧光分子探针将肿瘤组织标志物的表达水平转换为光学信号，能直观地实现对肿瘤微环境的定性或定量化研究。然而，由于许多肿瘤标志物的表达水平在肿瘤组织和正常组织中差异并不大，往往难以实现对肿瘤微环境的高特异性和信噪比的检测。研究团队围绕发展高灵敏度、高专一性的分子荧光探针在生物医学应用领域的精准检测开展了多项创新工作。

在实体瘤中有一种常见现象是肿瘤供氧不足，也叫肿瘤乏氧，它与癌症的发生、发展和转移息息相关。癌细胞的异常增殖会产生局部的乏氧微环境，因此发展专一识别、高灵敏的乏氧分子探针对肿瘤诊断具有非常重要的意义。研究人员巧妙地构建了非芳香性团簇发光策略，首次发展了一种单荧光团内标比率型纳米荧光探针，成功地实现了对肿瘤乏氧的定量检测，为解决传统的乏氧荧光探针检测精度问题提供了一种重要研究工具。该分子探针在两个不同的波长同时分别表达对氧气惰性的荧光信号和氧气敏感的磷光信号，能完美地实现单荧光团体系对乏氧进行比率检测，有效地克服传统探针体系中能量/电子转移所引起的干扰，表现出良好的光/pH稳定性和较低的细胞毒性，在细胞和活体层面均能够实现乏氧精准检测与实时成像。研究成果以“Self-Assembly of Monochromophore-Based Polymer Enables Unprecedented RatiometricTracing of Hypoxia”为题在线发表于《Advanced Materials》杂志上(Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adma.201805735)，原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805735。

  

针对小分子荧光探针难以实现原位、长时间实时示踪的挑战，研究人员提出了一种酶调控释放原位生成纳米聚荧光体AIEgens创新策略：利用高效酶催化反应释放出疏水性AIEgens，然后在激活位点原位生成具有荧光信号的AIEgens纳米聚集体；由于纳米聚集体不易被细胞排出，因此具有较好的细胞内滞留能力，能够实现细胞中的活性酶原位检测和长时间示踪。β-半乳糖苷酶作为一种重要的生物标志物，在卵巢癌和细胞衰老方面已经开展了广泛的研究。利用激活AIE型分子探针QM-βgal对内源性β-半乳糖苷酶高表达的卵巢癌细胞（SKOV-3）实现了特异性检测，在活细胞器中观察到显著增强的激活荧光信号；并且当孵育时间延长至12 h后，仍能够对SKOV-3细胞中β-半乳糖苷酶的表达进行原位示踪。该工作不仅为研究酶的生物学功能提供了一种理想的分子工具，而且为发展具有高保真成像功能的探针提供了一种新的策略。相关研究成果以“An enzyme-activatable probe liberating AIEgens: on-site sensing and long-term tracking of β-galactosidase in ovarian cancer cells”为题在线发表于《Chemical Science》杂志上（Chem. Sci. 2018, DOI: 10.1039/c8sc04266g，原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/sc/c8sc04266g#!divAbstract）。

上述论文由博士研究生王书文和博士后顾开智在朱为宏教授和郭志前教授的共同指导下完成，并得到了田禾院士的悉心指导。近年来，朱为宏教授课题组在有机功能近红外染料领域取得了一系列重要进展：Chem. Sci.,2018, 9, 4959; Chem. Sci.,2018, 9, 6176; Chem. Sci.,2017, 8, 2115; J. Am. Chem. Soc.,2016, 138, 5334; J. Am. Chem. Soc.,2016, 138, 2219; Adv. Mater.,2016, 28, 3187。

上述系列研究成果受到国家自然科学基金基础科学中心项目，上海市重大科技专项，基金委优秀青年基金项目，以及博士后创新人才支持计划和国家重点研发计划资助。