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、王忠良教授團隊與新加坡南洋理工大學(xué)大學(xué)浦侃裔教授團隊合作，在國際綜合類頂級期刊《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)精準導(dǎo)航和實時可視化療效評估等方面發(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，在內(nèi)源性分子的動態(tài)過程可視化、疾病標志物的預(yù)靶向成像、原位代謝標記成像和治療等領(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。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通過反電子需求Diels-Alder(IEDDA)的生物正交反應(yīng)來激活目標信號，實現(xiàn)熒光信號的“Turn-ON”或放大，達到“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)的探針寥寥無幾，主要受Tz淬滅機理(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)計并構(gòu)建智能型生物正交近紅外熒光探針仍然是一項極具挑戰(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)生物正交信號放大新機制。此機制不受Tz淬滅機理的限制，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，實現(xiàn)熒光信號的激活。

　　通過核磁一維/二維氫譜、量子化學(xué)及分子動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，與以往Tz猝滅機理不同，本論文設(shè)計的近紅外熒光探針通過生物正交反應(yīng)后，分子構(gòu)型會發(fā)生由S-trans到S-cis的分子內(nèi)順反異構(gòu)，進而增大分子空間位阻，引發(fā)TIDA熒光增強現(xiàn)象。其次大多有機染料存在分子內(nèi)聚集熒光淬滅(ACQ)的問題，例如FDA批準臨床使用的近紅外熒光探針吲哚菁綠(ICG)的熒光淬滅可達到80%以上(≥ 4 μm)，嚴重影響了ICG的成像靈敏度。本論文設(shè)計的TIDA類熒光分子，通過扭轉(zhuǎn)角增加抑制了共軛體系內(nèi)的π-π堆積，導(dǎo)致熒光團解聚(≤ 4 μm幾乎無熒光損失)，克服了傳統(tǒng)有機熒光染料在水性介質(zhì)中的ACQ問題。

　　進一步，基于TIDA構(gòu)建的近紅外智能響應(yīng)探針在細胞水平實現(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)探針就可點亮腫瘤，實現(xiàn)微小腫瘤的高靈敏成像檢測。因此，這項工作提出了一種構(gòu)建生物正交可激活NIR熒光團的TIDA設(shè)計新機制，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隊多年來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教授等國內(nèi)外權(quán)威專家引用和正面評價。