Advanced Biosystems: 团结就是力量 —— 聚集诱导发光材料在生物医学领域的优势总结

在现代医疗体系中,荧光生物探针在前期临床与临床实验中的起着至关重要的作用。2001年,唐本忠院士课题组首次提出了”聚集诱导发光(AIE)”的概念。近几年,这类具有聚集诱导发光特性的先进生物材料在生物过程监测和疾病诊疗方面表现卓越,在临床转化方面显示了巨大的潜力。AIE材料不仅解决了传统有机染料聚集导致淬灭的问题,还具备高亮度、极好的光稳定性、低生物毒性以及可通过修饰AIE分子靶向各种生物医学靶点等诸多优势。AIE材料具备聚集诱导发光这一独特荧光特性,是设计刺激响应型荧光开启探针和高亮度荧光纳米粒子的理想材料。

南开大学丁丹教授(药物化学生物学国家重点实验室和生命科学学院)以及南方科技大学生物医学工程系李凯副教授课题组对AIE材料在生物医学领域的应用进行了归纳性的系统总结。文章主要对近期AIE材料在细菌成像与抑制、细胞/细胞器成像与诊疗、活体成像与诊疗三个方面的研究进展进行了归纳总结,包括线粒体检测、微管标记、靶向线粒体光动力治疗、光动力协同治疗、治疗过程实时监控、血管成像、干细胞治疗和手术导航等方面的应用。AIE纳米粒子可以对干细胞进行长达42天的长效追踪,可以用于三维血管造影,用于近红外二区的高分辨率成像探测;AIE材料自身的特点可以很好地用于可激活的探针,可以根据应用需求,使其在靶标部位发出特异性荧光,从而获得较高信噪比的荧光信号。例如:由于靶向线粒体的AIE材料靶向基团与活细胞中的线粒体结合,达到“点亮”效果,得到荧光信号,而未与线粒体结合的探针,则保持静默,实现最低程度的背景干扰,使靶标部位成像的精确性得到保证;AIE材料可用于诊断治疗一体化,如荧光成像介导的光动力学治疗,对靶向线粒体的探针进行合理设计,可在光照条件下高效率地产生ROS,从而对癌症进行治疗;另一方面,AIE材料还可用于荧光成像介导的手术切除,由于AIE材料在聚集态使荧光显著增强的特性,在近红外区域发射荧光的AIE材料可用于制备纳米粒子,对肿瘤进行精确检测与手术切除治疗。同时,AIE材料还展示出优秀的生物相容性,不仅在体外细胞实验中具有较低的细胞毒性,在体内实验中,静脉注射后的小鼠其体重、重要器官的组织学分析数据也显示出AIE材料的毒性微乎其微。动物实验证明,大多数AIE纳米粒子在健康小鼠体内注射后9天,可通过胆途径代谢出体外。

尽管AIE材料近些年生物医学领域应用方面具有巨大优势,但是AIE材料还有一个缺陷需要学者们进一步研究——AIE材料“限制分子转动”导致荧光产生的机理决定了其在纳米粒子状态下一直具有荧光信号,而“点亮型”AIE荧光探针其设计合成与修饰方面较为复杂。文章最后,作者还对该领域的未来发展进行了展望,例如:开发具有可在更深层组织和器官成像的近红外二区吸发射(1000–1700 nm)AIE材料;在AIE材料引入磁共振;将AIE材料与生物自发光相结合;开发AIE材料的核成像学等多种模态的成像。

相关综述文章发表在Advanced Biosystems  (2018, 1800074, DOI: 10.1002/adbi.201800074)上。本文的作者依次为南开大学博士生研究生高贺麒、张晓燕、陈超以及李凯副教授和丁丹教授。请点击链接阅读全文 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adbi.201800074

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