華東理工大學在高性能近紅外染料前沿應用研究取得系列新進展

2020-09-05 小材科研

近期，華東理工大學化學與分子工程學院、教育部前沿科學中心郭志前教授課題組在高性能近紅外染料的前沿基礎和應用研究中取得了重要進展，相關階段性研究成果分別發表在《德國應用化學》、《化學科學》和《配位化學評論》。

精準醫療領域，特別是針對在生物醫學成像、疾病診斷等新興領域的應用創新，高性能近紅外螢光染料具有非常廣闊的應用前景。郭志前教授課題組一直致力於突破染料革新應用中的關鍵技術，在高性能雙通道近紅外螢光染料應用研究中已取得系列進展，創新性發展了何時（ When）、何處（ Where）、如何（How）的實時示蹤設計新策略（WWH），解決了實時示蹤中「盲點」無法檢測的瓶頸難題。

化學動力學療法選擇性放大腫瘤細胞內的氧化應激效應，誘導腫瘤細胞死亡，在癌症定向藥物治療、炎症相關疾病精準治療方面展現出了巨大的應用潛力。然而，在腫瘤內進行芬頓或類芬頓催化反應的要求苛刻、效率低，其特異性產生的•OH壽命短、檢測難等已經成為制約其臨床應用轉化的關鍵瓶頸難題，迫切需要建立實時監測瘤內反應的有效手段，如何高解析度、實時獲取•OH的動態治療反饋已經有待解決的重要技術挑戰。

郭志前教授課題組創新提出了基於雙通道近紅外染料發展高時空解析度雙模納米診療新策略，實時、原位追蹤並反饋細胞和活體內•OH的動態治療效果。相關成果研究成果以題為「Spatio‐Temporally Reporting Dose‐Dependent Chemotherapy via Uniting Dual‐Modal MRI/NIR Imaging」發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.2020, DOI:10.1002 /anie.202009380），並被選為Very Important Paper（VIP論文）。

磁共振/雙通道近紅外螢光雙模式互補成像實現高時空解析度治療反饋

該研究巧妙地設計了雙通道近紅外NQO1分子探針，動態檢測反饋•OH水平變化，解決了實時檢測•OH的難題並避免了其自消耗性。首次成功地將醫用磁共振MRI系統和雙通道螢光成像一體化定量關聯，突破了簡單組合多模式成像在時空解析度上的盲點，實現了1+1>2的精準診療效果，即MRI磁共振圖像精準報告Fenton試劑的劑量空間分布；近紅外螢光成像實時反饋•OH的體內行為，近紅外信號（NIR-1）報告Fenton試劑動態變化過程，成功將磁信號與螢光信號定量關聯；近紅外通道信號（NIR-2）實時反饋•OH治療，並與腫瘤內芬頓催化效率的MRI信號變化聯動。這種磁共振-螢光雙模成像設計策略為發展可視化、動力學精準治療開闢了重要的設計新思路。

磁共振成像追蹤Fenton試劑分布及NIR-1信號監測Fenton試劑的瘤內釋放和NIR-2信號反饋•OH的治療

基於雙通道近紅外染料分子設計平臺，創新構建靶向癌細胞的螢光探針監測葡萄糖氧化酶（GOD）觸發的細胞內氧化應激水平變化，構建了可視化的腫瘤特異性級聯納米治療體系。利用近紅外雙通道螢光實時監測生物分布和在時空模式下激活的過程，實現了體內實時跟蹤腫瘤特異性的診療，相關研究成果發表在《化學科學》（Chem. Sci., 2020, 11, 3371-3377）。

基於課題組在近紅外染料方面取得的系列重要研究進展（Nat. Commun.2020, 11, 793；Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 9059-9066; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7, 3171–3177；Adv. Mater., 2019, 31,1805735），課題組受邀在Coord. Chem. Rev.上發表題為「Recent Progress on Molecularly Near-Infrared Fluorescent Probes for Chemotherapy and Phototherapy」的研究綜述，系統總結和闡述了高性能近紅外染料的設計策略及在生物成像和診斷治療方面的最新應用進展。

上述工作主要由碩士研究生馬一宇、王若飛和博士後燕宸旭等完成，並得到了田禾院士和朱為宏教授的悉心指導。該研究成果得到了材料生物學與動態化學教育部前沿科學中心、國家自然科學基金基礎科學中心項目、上海市重大專項、上海市科研創新計劃等項目資金的支持。

來源：華東理工大學

原文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202009380

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/sc/d0sc00290a

https://authors.elsevier.com/tracking/article/details.do?aid=213556&jid=CCR&surname=Guo

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