福州大學宋繼彬AFM: 活體NIR-II比率熒光成像
宋繼彬課題組
2021-02-28
熒光成像是臨床應用中早期發現和診斷疾病的重要工具，也是基礎生物醫學研究和圖像引導手術的重要成像方法。熒光成像使用無害的非電離輻射進行非侵入性實時反饋，具有時空分辨率高、實時監測、采集時間短、非侵入性和成本低的優點。其中，近紅外二區(NIR-Ⅱ, 1000-1700 nm)熒光成像由于組織對光的吸收及散射大大減少，其穿透深度可達到5-20 mm，另外，非常低的生物組織自發熒光也使近紅外二區熒光成像具有顯著提高的信噪比(SNR)。由于比率測量不受局部納米探針濃度及獨立于分析物的其他因素影響，采用近紅外二區比率熒光成像的方法可實現對分析物更準確、更可靠的體內定量。細胞中的氧化還原態是生物學和醫學研究中必不可少的組成部分，在各種生理和病理過程中起關鍵作用。其中，谷胱甘肽(GSH)是最豐富的內源性抗氧化劑，在維持生物系統氧化還原狀態的平衡過程中起著重要的作用。GSH在癌細胞中大大過量使其成為診斷癌癥最重要的信號分子之一。然而傳統的熒光探針由于無法適應復雜的生物體內環境而只能用于體內GSH定性成像。設計一種能夠在體內精確定量及成像GSH的方法對于人類健康和疾病診療方面具有廣泛的意義。近日，福州大學化學學院“食品安全與生物分析教育部重點實驗室”宋繼彬教授課題組開發了一種發射波長為1550 nm的NIR-Ⅱ區比率熒光納米探針，用于體內原位結腸癌中GSH的精確實時比率成像。圖 1. DCNP@NPh-PEG的合成及應用示意圖作者在具有核殼結構的下轉換納米粒子(DCNPs)表面修飾了4-硝基苯酚Cy7(NPh)及兩親分子二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(DSPE-PEG)。由于存在分子內光誘導電子轉移(PET)過程，包覆在DCNPs表面的NPh分子沒有熒光。在GSH存在下，NPh分子與GSH反應生成Cy7-SG，分子內PET過程消失，熒光恢復。在808 nm激光照射下，Cy7-SG吸收入射光的能量，并通過非輻射能量轉移(NRET)過程將激發能量轉移給DCNPs，從而實現對DCNPs的敏化，并最終在1550 nm處產生增強的NIR-Ⅱ區熒光信號(F1550, 808Ex)。另外，980 nm激光不能激發Cy7-SG分子，但可直接激發DCNPs，因此在1550 nm的NIR-Ⅱ區熒光信號(F1550, 980Ex)保持不變，產生比率熒光信號(F1550, 808Ex / F1550, 980Ex)。實驗證明，F1550, 808Ex / F1550, 980Ex與GSH的濃度成線性關系。該工作建立了一種NIR-Ⅱ區比率熒光納米探針，實現了原位結腸癌中GSH的精確定量及實時成像，對人類疾病早期診斷的研究起到了重要的推動作用。該成果以“Dye-Sensitized Downconversion Nanoprobes with Emission Beyond 1500 nm for Ratiometric Visualization of Cancer Redox State”為題，最新在線發表于Advanced Functional Materials（Doi: 10.1002/adfm.202009942）上。原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202009942.宋繼彬，福州大學特聘教授、博士生導師。入選國家第十四批“海外高層次人才引進計劃”及福建省“閩江學者特聘教授”等人才項目。2014年博士畢業于新加坡南洋理工大學，之后在美國國立衛生研究院（NIH）從事博士后研究，方向為生物醫學成像分析。目前課題組主要研究方向為：光學探針、生物分析、活體成像、藥物載體等。現主持國家自然科學基金委面上基金、特聘教授啟動基金等項目。迄今已以第一/通訊作者發表論文70余篇，主要包括了Nat. Protoc., Nat. Commoun., Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等。
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