南开大学丁丹教授团队：近红外长余辉发光有机高分子材料在肿瘤切除手术导航中的应用
来源：聚集诱导发光AIE（AIEWechat2018）
长余辉发光，是指材料在外源性光激发停止后的持续发光现象。长余辉发光具有无需实时激发、优异的信号/背景比以及与传统荧光成像相比的更高的灵敏度等天然优势，因此在生物医学成像领域拥有巨大的应用潜力。然而，目前关于长余辉发光的相关研究，虽然已有包括生物体内实验在内的报道，但是与荧光成像相比，其在更加深入的生物医学领域的应用依然十分受限。这主要是由于长余辉发光材料和探针的种类本身有限。如今，近红外荧光成像用于肿瘤切除手术导航已成功应用于临床，它可以有效地帮助外科医生更快、更准确地切除肿瘤。长余辉成像的优势不胜枚举，尤其是零组织背景荧光的特点，使其成为术中影像引导肿瘤切除的绝佳成像手段。而目前为止，对于长余辉成像引导的癌症手术导航研究却鲜有报道，并且高效的有机高分子长余辉发光探针亟待开发。
迄今为止，除一些无机长余辉发光纳米粒子（例如，基于稀土重金属离子的相关材料）以外，关于有机和聚合物长余辉发光材料的报道还很少。Schaap金刚烷基-1,2-二氧环丁烷是一类经典的化学发光分子，但同时也可作为长余辉发光材料，用于细胞水平的特异性分析物响应检测。然而传统的Schaap二氧环丁烷在水相体系中会发生强烈的信号淬灭，严重限制了其在生物领域的应用。最近，Shabat 课题组通过多种化学修饰，极大提高了Schaap分子的发光效率以及发射波长，使得这类分子在生物医学领域的应用变得更加可能。静脉注射无疑是当前临床上最重要的给药方法之一。但目前为止，在动物模型实验中采用静脉注射方式研究Schaap探针生物活体应用的报道还非常之少。
“聚集诱导发光”荧光分子（AIEgen）是一类新型的荧光材料，利用AIEgen和AIE纳米材料进行荧光生物成像方面的研究层出不穷，但具备长余辉发光性质的AIEgen主要限于某些拥有室温磷光特性的分子（寿命通常为毫秒或秒级），而将其应用于生物医学领域还相当困难。
最近，南开大学丁丹教授课题组首次设计并合成了一种具有AIE性质的近红外长余辉发光纳米点（AGL AIE dots；图一）。
图一：AGL AIE dots用于精确的肿瘤手术切除导航
在单次外源光激发后，纳米材料中AIEgen产生的单线态氧与前体分子作用得到Schaap二氧环丁烷，后经化学激发和能量转移等过程，实现了PBS溶液中长达10天以上的自循环近红外长余辉发光（图二）。
图二：AGL AIE dots的发光原理示意图
与近红外荧光材料相比，AGL AIE dots具有更深的组织穿透能力，更高的信躁比，以及肿瘤对RES器官（肝脾组织）的超高长余辉光信号比，因此对于提高活体小鼠肿瘤切除手术的成像导航效果产生了极大的帮助（图三）。
图三：AGL AIE dots的长余辉光在肝脾等正常组织中快速淬灭，可用于精确的高信噪比的手术导航
AGL AIE dots长余辉成像导航的肿瘤切除手术结果表明：探针可用于精确切除小鼠腹腔转移瘤模型中的微小肿瘤。基于 Schaap分子的 AGL AIE dots具有独特的优点：
(1)具有更高的发射强度和更长的余辉发光时间，在以往的文献中尚未实现；
(2)单次激发后的近红外长余辉发光可持续10天，时间超长；
(3)首次发现AIE性质对于提高Schaap分子的发光强度和持续时间起到了决定性作用，并且在正常组织（包括RES器官和肾脏）中，Schaap分子具有快速的信号淬灭特性。
因此，相比大量已报道的肿瘤生物标志物响应型信号开启探针，具备这一独特性质的AGL AIE dots可能更加适合精确的肿瘤手术导航治疗和肿瘤早期检测。
这一研究成果近期发表在《Nano Letters》（2019, 19(1), 318-330）上，南开大学药物化学生物学国家重点实验、生物活性材料教育部重点实验室，以及生命科学学院的丁丹教授为通讯作者，学生倪翔和张晓燕为共同第一作者。
论文链接:
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b03936
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