各界新聞網(wǎng)訊(通訊員 饒志萍)近日，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張象涵副教授、王忠良教授團(tuán)隊(duì)與新加坡南洋理工大學(xué)大學(xué)浦侃裔教授團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際綜合類頂級(jí)期刊《Nature Communications》(Nature系列期刊中的綜合類子刊，IF=14.919)，發(fā)表了題為“Bioorthogonally Activatable Cyanine Dye with Torsion-Induced Disaggregation for In Vivo Tumor Imaging”的研究論文(DOI: 10.1038/s41467-022-31136-3)。論文第一單位為西安電子科技大學(xué)，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張象涵副教授為論文的第一作者，西電王忠良教授、田捷教授和新加坡南洋理工大學(xué)浦侃裔教授為論文的共同通訊作者。近年來(lái)近紅外熒光成像技術(shù)在腫瘤早期診斷、光學(xué)手術(shù)精準(zhǔn)導(dǎo)航和實(shí)時(shí)可視化療效評(píng)估等方面發(fā)揮了非常重要的作用，特別構(gòu)建智能響應(yīng)型近紅外熒光探針是提高成像特異性和靈敏度的關(guān)鍵技術(shù)之一。生物正交化學(xué)具有高選擇性、快速反應(yīng)和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)源性分子的動(dòng)態(tài)過(guò)程可視化、疾病標(biāo)志物的預(yù)靶向成像、原位代謝標(biāo)記成像和治療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且生物正交技術(shù)已經(jīng)開始在臨床上開展試驗(yàn)。在所有的生物正交化學(xué)模塊中，四嗪(tetrazine，Tz)類生物正交探針不僅具有靶向的功能，而且Tz通過(guò)反電子需求Diels-Alder(IEDDA)的生物正交反應(yīng)來(lái)激活目標(biāo)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)的“Turn-ON”或放大，達(dá)到“靶向激活雙功能”(2-in-1)的效果。

　　然而，目前生物正交激活探針絕大多數(shù)集中在可見光區(qū)，近紅外區(qū)的探針寥寥無(wú)幾，主要受Tz淬滅機(jī)理(TBET、PET、FRET、ICT)的限制，極大地限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)并構(gòu)建智能型生物正交近紅外熒光探針仍然是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。在前期工作的基礎(chǔ)上(Theranostics 2017, 7(15):3794-3802;Nano Research 2021, 14, 2432-2440)，作者提出了一種全新的扭轉(zhuǎn)誘導(dǎo)解聚(Torsion-induced disaggregation, TIDA)生物正交信號(hào)放大新機(jī)制。此機(jī)制不受Tz淬滅機(jī)理的限制，利用四嗪生物正交反應(yīng)增大分子的空間位阻效應(yīng)，解聚分子聚集，實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)的激活。

　　通過(guò)核磁一維/二維氫譜、量子化學(xué)及分子動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，與以往Tz猝滅機(jī)理不同，本論文設(shè)計(jì)的近紅外熒光探針通過(guò)生物正交反應(yīng)后，分子構(gòu)型會(huì)發(fā)生由S-trans到S-cis的分子內(nèi)順?lè)串悩?gòu)，進(jìn)而增大分子空間位阻，引發(fā)TIDA熒光增強(qiáng)現(xiàn)象。其次大多有機(jī)染料存在分子內(nèi)聚集熒光淬滅(ACQ)的問(wèn)題，例如FDA批準(zhǔn)臨床使用的近紅外熒光探針吲哚菁綠(ICG)的熒光淬滅可達(dá)到80%以上(≥ 4 μm)，嚴(yán)重影響了ICG的成像靈敏度。本論文設(shè)計(jì)的TIDA類熒光分子，通過(guò)扭轉(zhuǎn)角增加抑制了共軛體系內(nèi)的π-π堆積，導(dǎo)致熒光團(tuán)解聚(≤ 4 μm幾乎無(wú)熒光損失)，克服了傳統(tǒng)有機(jī)熒光染料在水性介質(zhì)中的ACQ問(wèn)題。

　　進(jìn)一步，基于TIDA構(gòu)建的近紅外智能響應(yīng)探針在細(xì)胞水平實(shí)現(xiàn)了高特異的生物正交激活成像;經(jīng)尾靜脈注射荷瘤小鼠體內(nèi)5分鐘后，Tz智能響應(yīng)探針就可點(diǎn)亮腫瘤，實(shí)現(xiàn)微小腫瘤的高靈敏成像檢測(cè)。因此，這項(xiàng)工作提出了一種構(gòu)建生物正交可激活NIR熒光團(tuán)的TIDA設(shè)計(jì)新機(jī)制，并為利用體內(nèi)成像中的生物正交化學(xué)開辟了新的思路，具有理論和應(yīng)用兩方面的意義。

　　據(jù)悉，王忠良教授及張象涵副教授團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直從事近紅外熒光探針構(gòu)建及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的研究，在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表了系列重要研究成果，包括Nat. Commun., Angew. Chem., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Sci. Bull.,Theranostics, ACS Appl. Mater. Interfaces，Nano Res.等國(guó)際權(quán)威期刊，研究工作被分子影像學(xué)概念的提出者Ralph Weissleder教授等國(guó)內(nèi)外權(quán)威專家引用和正面評(píng)價(jià)。