近期香港科技大学/香港中文大学(深圳)唐本忠院士联合澳门大学刘子铭教授、徐昌活助理教授等人通过调节供体—受体(D-A)分子供体结构,制备出可被近红外二区双光子激发的“0背景”双光子γ-谷氨酰转肽酶(γ-Glutamyl Transferase,GGT)聚集诱导发光(AIE)探针。

Near-Infrared-II Excitable Pyridinium Probe with 1000-Fold ON/OFF Ratio for
γ-Glutamyltranspeptidase and Cancer Detection”发表于《ACS Nano》。港科大博士研究生沈翰辰,澳门大学博士研究生杜立冬为本文的共同第一作者。
研究背景:
癌症早期的精确诊断,是最有效提高病人获益的方式之一,让医生可以更早的干预癌症进展。相较于传统的正电子发射断层扫描与核磁共振成像,双光子条件下的近红外二区成像减少了精确诊断的成本,提高了安全性以及空间分辨率。然而荧光诊断亦面临艰难险阻,比如:如何让诊断变得更加特异性;如何降低荧光背景,提高探针荧光强度等等。诚然,科学家们已经可以成熟的联合可触发分子开关提高探针特异性,通过化学脱笼的方式,释放荧光基团。如何降低荧光背景,是一项挑战。由此,暗态工程在分子荧光探针中被认为是减少背景干扰的有效方法,AIE荧光基团根据其“聚集”后发射增强的特性是实现暗态工程的可靠候选。
实验结果:
团队首先设计了两款强D-A效应的AIE荧光分子(OTBP/ODBP),它们具有不同的限制分子内运动(RIM)效应与水溶性。对于ODBP分子,在缺失一个苯环的情形下,具有更好的水溶性,同时削弱了其在水中形成紧密聚集体的能力,导致其无法将RIM效应达到最大化。与ODBP相反,多一个苯环的引入使得OTBP在水相中易形成微晶,获得了极强的RIM效应,表现出更优异的AIE性质和更亮的近红外(670 nm)发光。在将OTBP与ODBP与可化学脱笼的谷氨酸基团结合后,得到了可特异响应GGT酶活性的OTBP-G与ODBP-G,链接谷氨酸基团的吡啶盐可以促进扭转的分子内电荷转移效应得到完美的荧光暗态。在被GGT酶识别后,AIE分子再次回到强RIM状态并激活聚集状态下的荧光,从而实现1000倍的点亮开关比!

图1. OTBP和ODBP的光物理性质表征,OTBP表现出更强的RIM作用并拥有更亮的近红外荧光发射。

4. 原位乳腺癌检测和癌症早期转移筛查

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参考文献
Probe with 1000-Fold ON/OFF Ratio for γ-Glutamyltranspeptidase and Cancer
Detection. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c03963.