作者:张象涵等 来源:《自然—通讯》 发布时间:2022/6/24 13:40:51
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一种全新的扭转诱导解聚生物正交信号放大新机制

 

现有Tz-生物正交靶向激活探针设计策略(a)及论文提出TIDA新机制(b)。

 细胞及荷瘤小鼠的生物正交靶向激活高灵敏成像。 图片均由论文作者提供

近年来近红外荧光成像技术在肿瘤早期诊断、光学手术精准导航和实时可视化疗效评估等方面发挥了非常重要的作用,特别构建智能响应型近红外荧光探针是提高成像特异性和灵敏度的关键技术之一。生物正交化学具有高选择性、快速反应和良好的生物相容性等优点,在内源性分子的动态过程可视化、疾病标志物的预靶向成像、原位代谢标记成像和治疗等领域得到了广泛的应用,并且生物正交技术已经开始在临床上开展试验。在所有的生物正交化学模块中,四嗪(tetrazine,Tz)类生物正交探针不仅具有靶向的功能,而且Tz通过反电子需求Diels-Alder(IEDDA)的生物正交反应来激活目标信号,实现荧光信号的“Turn-ON”或放大,达到“靶向激活双功能”(2-in-1)的效果。

然而,目前生物正交激活探针绝大多数集中在可见光区,近红外区的探针寥寥无几,主要受Tz淬灭机理的限制,极大地限制了其在生物医学领域的应用。因此,设计并构建智能型生物正交近红外荧光探针仍然是一项极具挑战性的工作。西安电子科技大学生命科学技术学院张象涵副教授、王忠良教授团队与新加坡南洋理工大学浦侃裔教授团队合作,在前期工作的基础上提出了一种全新的扭转诱导解聚(Torsion-induced disaggregation, TIDA)生物正交信号放大新机制。

其相关成果发表在新出版的《自然—通讯》上。

据论文作者介绍,此机制不受Tz淬灭机理的限制,利用四嗪生物正交反应增大分子的空间位阻效应,解聚分子聚集,实现荧光信号的激活。

作者又通过核磁一维/二维氢谱、量子化学及分子动力学分析发现,与以往Tz猝灭机理不同。他们设计的近红外荧光探针通过生物正交反应后,分子构型会发生由S-trans到S-cis的分子内顺反异构,进而增大分子空间位阻,引发TIDA荧光增强现象。其次大多有机染料存在分子内聚集荧光淬灭(ACQ)的问题,严重影响了ICG的成像灵敏度;而该论文设计的TIDA类荧光分子,通过扭转角增加抑制了共轭体系内的π-π堆积,克服了传统有机荧光染料在水性介质中的ACQ问题。

作者进一步基于TIDA构建的近红外智能响应探针在细胞水平实现了高特异的生物正交激活成像;经尾静脉注射荷瘤小鼠体内5分钟后,Tz智能响应探针就可点亮肿瘤,实现微小肿瘤的高灵敏成像检测。

相关专家认为,这项工作提出了一种构建生物正交可激活NIR荧光团的TIDA设计新机制,并为利用体内成像中的生物正交化学开辟了新的思路,具有理论和应用两方面的意义。(来源:中国科学报 张行勇 严涛)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-022-31136-3

 
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