唐本忠院士最新ACS Nano：用具有1000倍开关比的近红外可激发吡啶探针检测γ-谷氨酰转肽酶和肿瘤

应用近红外荧光探针对γ-谷氨酰转肽酶（GGT）进行活性检测是癌症早期诊断的一种有前景的策略。尽管近红外吡啶鎓探针在生化分析中表现出高性能，但探针和亲本荧光染料在生物环境中的聚集容易导致低信噪比（SBR），从而影响其临床应用。

在此，香港科技大学唐本忠教授和澳门大学Tzu-Ming Liu、徐昌活助理教授等人开发了一种名为OTBP-G的GGT可激活聚集探针，用于在1040 nm激发下在各种生物环境中进行双光子荧光成像。通过合理调整亲水性和供体-受体强度，作者实现了扭曲的分子内电荷转移和系统间窜跃（ISC）过程之间的协同效应，并在激活前实现了OTBP-G的完美暗态。与酶反应后，亲本荧光染料表现出明亮的聚集诱导发射，峰值在670nm。荧光染料到探针的转换可以诱导1000倍的荧光ON/OFF比，实现SBR>900的体外GGT检测。而OTBP-G还可在体内1分钟内激活，显示小鼠耳血管中的高SBR（>400）。OTBP-G可以通过局部喷洒进一步实现癌症肺转移的早期检测，性能优于临床标准苏木精和伊红染色。作者预计，对OTBP-G的深入研究可以促进癌症早期诊断和肿瘤相关生理研究的发展。此外，这项工作强调了亲水性和供体-受体强度在最大限度地提高TICT探针的ON/OFF比方面的关键作用，并展示了OTBP作为基于活性的传感多功能平台的潜力。相关工作以“A Near-Infrared-II Excitable Pyridinium Probe with 1000-Fold ON/OFF Ratio for γ-Glutamyltranspeptidase and Cancer Detection”为题发表在ACS Nano。

【文章要点】

通过增强TICT效应，可以有效地实现暗态工程。与常用的电子供体二苯胺（DPA）相比，甲氧基取代的DPA具有更强的电子供体能力和亲水性。作者团队最近的工作表明，甲氧基有效地诱导AIEgens进入暗态（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 4851– 4863）。因此，在这项工作中，作者使用甲氧基-DPA作为电子供体，吡啶鎓作为电子受体，合成了两种GGT响应探针，分别命名为OTBP-G和ODBP-G。两种探针的化学结构相差一个苯环，这使得ODBP-G更具亲水性。与之前使用DPA作为供体的工作相比，甲氧基DPA与吡啶鎓的结合可以显著淬灭探针荧光（图1）。

图1 OTBP-G的GGT响应特性

在GGT水解后，两种探针可以分别产生NIR-II可兴奋的AIEgens，即OTBP和ODBP。更重要的是，由于释放的荧光染料OTBP具有更强的AIE效应，OTBP-G表现出更好的开启性能，其总状态发射比OTBP-G的背景信号亮1000倍，与之形成鲜明对比的是，大多数NIR发射探针在试管中的ON/OFF比小于200。OTBP-G在体外实现了GGT活性的高灵敏度检测，SBR>900。在体内GGT成像中，作者使用1040 nm fs激光在小鼠耳血管中实现了较高的SBR（>400）。结果表明，1000倍的ON/OFF比实现了生物环境中GGT检测的“零”背景和非常高的灵敏度。最后，作者成功地利用OTBP-G在原位乳腺癌症模型中进行体内肿瘤成像，并通过局部喷雾对肿瘤转移进行早期诊断（图2）。这些结果表明OTBP-G具有广阔的应用前景。

图2 使用OTBP-G进行原位和转移性肿瘤成像

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c03963