AM: 通过共轭寡聚电解质NIR-II的荧光增强实现肿瘤的长期追踪

文章亮点

1、设计并合成了一种共轭寡聚电解质COE-BBT，并利用其在NIR-II的荧光增强效应实现了肿瘤的长期追踪。

2、COE-BBT分子在水中的溶解度大于50 mg mL−1，具有低毒性，倾向于形成插层脂质双分子层，且具有较高的荧光量子产率。

3、COE-BBT具有500 nm和1020 nm两个发射波段，有利于实现体外共聚焦显微镜成像和活体动物成像。

4、作者发现随着肿瘤的增殖，细胞内COE-BBT分子被稀释，其自猝灭效应逐渐衰减，而其在NIR-II的发光强度逐渐增强，并利用这一特点追踪了小鼠颅内和皮下肿瘤的发展情况。

前沿导读

体内荧光成像是一种在细胞和分子水平上提取生物信息的非侵入性光学方法。由于其能够实时监测肿瘤的发展情况，该技术的发展对于癌症的研究、诊断和治疗方案的确定是密切相关的。

基于荧光素酶的生物发光和荧光蛋白标记等内源性方法，能够通过编码基因的连续表达提供长期成像，但是基因转录效率难以控制，且转基因方法对正常的细胞功能也有影响，通常不适合在人体使用。而外源性荧光探针则更容易实现，可以很容易地通过在近红外二区(NIR-II，1000−1700nm)定制发射，减少人体组织的散射和吸收，并能够直接标记深层组织。然而，由于发射器的稀释和光稳定性等问题，其发射强度通常会随着时间的推移而降低，这限制了对肿瘤生长的监测时间。因此，通过合理的材料设计来实现具有环境光学响应特性、底物选择性、体内耐受性和长期生物监测的能力的新型NIR-II分子，将能够在研究和临床诊断中产生广泛的影响。

共轭低聚电解质(COEs)是一类由具有电子离域结构的疏水主链和悬挂的离子官能团的分子材料。具有低聚苯乙烯重复单元和离子末端功能化的共轭骨架的线性COEs最初是为了研究介质的介电常数如何影响共轭材料的双光子吸收截面。这种亚类COEs随后作为膜插入分子被引入，当其长度与脂质双分子层的厚度相近时，它们会表现出较低的细胞毒性。此外，COEs的荧光强度在亲脂性环境中会增加，这也使其具备了成为荧光染料的潜力。

图文速读

图1. (a) COE-BBT及其前体BBT-Br的化学结构和合成路线。(b) BBT-Br的MALDI-TOF质谱分析。(c) COE-BBT的质谱

图2. (a) COE-BBT在甲醇中的吸收光谱和归一化发射光谱。发射曲线1、2和3的激发波长分别为400、400和800 nm。(b)前驱体BBT-Br在甲苯中的归一化吸收和发射光谱。(c)使用SUV脂质体模型的COE-BBT的膜插层和荧光“开启”示意图。(d) 10 μM COE-BBT在PBS (λex = 820 nm)中有无SUV脂质体时的光致发光(PL)光谱。(e)不同浓度的COE-BBT处理后，1 mM SUV在去离子水中的Zeta电位测量。(f)通过测量1 mg mL-1个较大的多层膜囊泡(LMVs)在1020 nm处的荧光强度来评估聚集引起的猝灭(ACQ)效应

图3. (a) A549细胞经20 μm COE-BBT染色10分钟，(b) A549细胞经4%甲醛固定后经20 M COE-BBT染色10分钟，(c) A549细胞经20 M COE-BBT染色后孵育2天的显微照片。(d) COE-BBT与溶酶体探针共染色或(e) COE-BBT与线粒体探针共染色

图4. (a) 颅内肿瘤荧光图像 (b) COE-BBT在14天内的总荧光强度，(c) 荧光素酶催化的荧光素生物荧光成像。(d) 通过收集COE-BBT NIR-II发射，对肿瘤生长7或14天后的脑组织进行活体生物成像。(e) COE-BBT染色C6-Luc胶质瘤细胞体外生长不同时间后的荧光图像 (f) 收集COE-BBT NIR-II发射的总荧光强度或每像素随时间的平均荧光强度。(g) 皮下肿瘤超过26天的NIR-II体内成像，用黄色标记相对强度

图5. 小鼠脑组织切片的NIR-II荧光显微图

总结

本文中，作者报道了共轭寡聚电解质COE-BBT的设计与合成，发现了其在水溶液中具有高溶解度，且可以通过NIR-II发光追踪体内颅内和皮下肿瘤的优势。作者还发现其荧光发射强度随着时间的推移而增加，这是在外源性成像染料中很少发现的特征。作者证明了这种增强是由于随着肿瘤增殖过程中COE-BBT浓度的降低而导致其自猝灭的降低，这些结果证明了共轭寡聚电解质作为生物相容的非侵入性荧光探针应用在生物体内长期监测领域的潜力。