發(fā)布日期：2020-01-08
丁丹把實驗室的燈都關(guān)掉。黑暗中，試管里的長余輝熒光分子，繼續(xù)亮著，發(fā)出一團紅色的光。
這是一種新型長余輝材料，可以用于腫瘤切除手術(shù)導航，丁丹管它叫分子影像探針。之前課題組已做過的實驗顯示，探針可用于精確切除小鼠腹腔轉(zhuǎn)移瘤模型中的微小腫瘤。相關(guān)論文近日已刊發(fā)在《納米通訊》上。
圍繞“聚集誘導發(fā)光”（AIE）熒光分子，丁丹帶領(lǐng)的課題組已經(jīng)做了多年研究。結(jié)合生物醫(yī)用高分子材料設(shè)計、制備新型分子影像探針，他們正在探索其在重大疾病診斷與治療以及疾病發(fā)生發(fā)展機制研究方面的應用。
精巧的結(jié)合，更長時間的發(fā)光
面對惡性腫瘤，切除通常是最為常見的處理方法。不過，僅靠外科醫(yī)生觸診和目視檢查，也無法完全區(qū)分出惡性組織和正常組織。有時會誤傷，有時又會“錯放”。因此，手術(shù)刀也需要“導航系統(tǒng)”——熒光探針。探針在腫瘤內(nèi)進行標記，腫瘤組織發(fā)出光芒，也就是發(fā)出“向我開炮”的信號，幫助實現(xiàn)腫瘤的精準切除。
這種熒光探針，必須有長時間的光穩(wěn)定性，最好能自己發(fā)光。
丁丹是南開大學生命科學學院生物活性材料教育部重點實驗室、藥物化學生物學國家重點實驗室教授、博士生導師。其課題組的研究方向，就是新型分子影像探針的設(shè)計、制備與生物醫(yī)學應用。
團隊先是瞄準了一種材料——金剛烷二氧雜化丁烷。這是一類經(jīng)典的化學發(fā)光分子，能夠長時間發(fā)光。但是在水相體系中，它會發(fā)生嚴重的信號淬滅。也就是說，一旦碰到水，其發(fā)光時間僅能維持幾分鐘，發(fā)光強度也很低——這不足以完成一次手術(shù)導航。
團隊一直研究的，則是聚集誘導發(fā)光熒光分子（AIEgen）。它的首次發(fā)現(xiàn)，要追溯到2001年香港科技大學唐本忠院士團隊。AIE是一類新型熒光材料，2016年《自然》雜志將AIE材料的納米聚集體列為支撐“納米光革命”的四大納米材料之一。它的細胞毒性低、光學性質(zhì)穩(wěn)定，不怕水、亮度強，但就是在沒有實時激發(fā)光的情況下不能實現(xiàn)長余輝發(fā)光。
能不能把兩種材料的優(yōu)勢結(jié)合起來？課題組對AIE分子進行了設(shè)計，首次合成了一種具有AIE性質(zhì)的近紅外長余輝發(fā)光納米點（AGL AIE dots）。
這是一套連鎖反應——在單次外源光激發(fā)后，納米材料中AIEgen產(chǎn)生的單線態(tài)氧與前體分子作用得到金剛烷-二氧雜化丁烷，后者會變得非常不穩(wěn)定，發(fā)出黃光；而AIE分子恰恰是吸收黃光，發(fā)射近紅外光。經(jīng)化學激發(fā)和能量轉(zhuǎn)移等過程，可以實現(xiàn)長達10天以上的自循環(huán)近紅外長余輝發(fā)光。一次打光，十天照亮。
與近紅外熒光材料相比，近紅外長余輝發(fā)光納米點具有更深的組織穿透能力，更高的信躁比。簡而言之，它能讓我們把腫瘤組織分得更清楚、看得更清晰。
除了導航，還可做體外診斷
利用AIE材料的特性，課題組還有其他創(chuàng)新。
丁丹介紹，他們設(shè)計出一種熒光響應過氧化亞硝酸陰離子的AIE分子，將其制備成納米顆粒。在炎癥和腫瘤組織上，都會產(chǎn)生過氧化亞硝酸陰離子的過表達，不過，炎癥的pH值更低，腫瘤的pH值則在6.8到7.2之間。課題組制備的這種納米顆粒，遇到過氧化亞硝酸陰離子會發(fā)光；但在酸性條件下，它又“乖巧”地不發(fā)光。這樣一來，就能實現(xiàn)高選擇性、高靈敏和實時地區(qū)分腫瘤與炎癥。
以此類推，課題組可對AIE分子進行不同設(shè)計，讓其在遇到需要檢測的標志物時發(fā)光。這猶如給它裝上一扇扇不同的門，只有輸入了相應的密碼，大門才會打開，透出光亮。
未來，圍繞AIE分子，課題組還要做更多文章：開發(fā)富含分子內(nèi)運動單元的長余輝發(fā)光有機高分子材料，將探針的設(shè)計理念拓展到長余輝發(fā)光成像。在生物醫(yī)用上，可以做動脈粥樣硬化等重要疾病的早期診斷，做腫瘤切除手術(shù)導航、藥物篩選、干細胞示蹤等。
近幾年來，丁丹團隊開始嘗試著把技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，并已經(jīng)選定合作的生物科技公司，計劃對檢測試劑進行市場調(diào)研。團隊的目標有兩個方向，一個是做分子探針手術(shù)導航，一個是做體外檢測。
來源：科技日報
