1分钟快速检测肿瘤细胞内H2S浓度！南京大学叶德举团队《Nature子刊》：高灵敏度长余辉荧光探针！
发展高信倍比、高组织穿透深度的成像方法对提高活体成像分析的灵敏度和精确度具有重要意义。长余辉发光作为一种在激发光停止照射后，光学活性分子缓慢释放光子的光学过程，可以有效克服生物组织的背景信号干扰，极大提高成像分析的信背比(SBR)和组织穿透深度，因而在生物成像分析中引起了广泛的关注。硫化氢(H2S)是生物体系中的第三种内源性气体递质，具有许多重要的生理功能，与多种疾病的发生和发展密切相关，因此，在体内精确、实时检测H2S将有助于研究其相关的生物学功能、促进疾病诊断。然而，由于H2S作为高反应活性的气体分子，其在体内易扩散、代谢快、分布广，目前发展的荧光探针在体内应用时仍存在靶标蓄积能力弱、与H2S反应动力学不足、组织穿透深度有限、SBR低等挑战。
为了解决活体上H2S检测的挑战，南京大学化学化工学院叶德举课题组前期与日本北海道大学的有机化学教授Takanori Suzuki合作，提出了将有机π电子结构的电致变色材料(EM)发展成为H2S响应的生色团，并以此构建了H2S激活的近红外荧光探针(J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 16340)；在此基础上，进一步通过对EM进行结构优化，合成得到吸收更红、还原电位更正的EM F12+；将其与共轭聚合物长余辉材料(MEH-PPV)相结合，构建了肝癌靶向、H2S激活的近红外长余辉探针F12+-ANP (图1)。F12+-ANP与H2S具有快速的反应动力学(k2 = 1563 ± 141 M-1 s-1)和显著增强的近红外长余辉信号(~122倍)，能够在1分钟内快速定量检测健康人，肝癌和结肠癌患者血液中H2S的浓度，并能被肝肿瘤细胞内的H2S激活，产生高的SBR(~58)用于精确描绘临床肝癌患者肝脏组织中的肿瘤边界(图2)。该H2S激活的长余辉发光探针具有高的生物安全性，有望应用于临床上H2S相关疾病的血检、体内肿瘤灶示踪和肿瘤的术中导航。
该工作以题为“H2S-Activatable Near-infrared Afterglow Luminescent Probes for Sensitive Molecular Imaging in vivo”发表在Nat. Commun., 2020, 11, 446 (DOI: doi.org/10.1038/s41467-020-14307-y)上。南京大学三年级博士生吴鲁艳和日本北海道大学Yusuke Ishigaki助理教授为论文的共同第一作者，南京大学叶德举教授和日本北海道大学Takanori Suzuki教授为共同通讯作者。南京大学陈洪渊院士和蒋锡群教授对该工作给予了重要指导，南京大学附属鼓楼医院放射科的何健教授为临床样本分析提供了宝贵建议，南京大学生命分析化学国家重点实验室的朱玉华研究员在荧光寿命实验给予了积极帮助。该研究得到了国家重点研发计划变革性技术重点专项（2017YFA0701301），国家自然科学基金优秀青年基金（21922406），江苏省自然科学基金（BK20190055），中央高校基础科研基金（020514380185），南京大学卓越计划（ZYJH004）、中科院受体研究重点实验室（SIMM1904YKF-03）和日本MEXT “分子战略科研计划”等项目的资助。
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14307-y