Advanced Healthcare Materials:聚集诱导发光在生物医学的实际应用

由于聚集诱导发光分子(AIEgens)的优异性能,人们在开发含聚集诱导发光分子(AIEgens)的纳米治疗体系方面付出了大量的努力。与其他荧光分子相比,AIEgens具有本底低、信噪比高、灵敏度好、耐光漂白等优点,且不受浓度猝灭或聚集引起的猝灭作用(ACQ),因此其具有非常广阔的应用前景。近年来,应用于生物医学领域的AIEgens呈现热潮,本文综述了含AIEgens的生物医学应用的主要进展。通过文献综述,总结了近年来AIE的研究成果,并着重阐述了AIEgens在生物医学领域的应用。

近日,国家纳米科学中心梁兴杰研究员与李方周等人综述了聚集诱导发光分子在生物医学领域应用的最新进展。首先对聚集诱导发光(AIE)现象的发现进行了介绍,再根据常见的聚集诱导发光分子的结构进行分类介绍,之后总结了近年来用于靶向各类细胞器的AIEgens及其应用,最后介绍了AIEgens的三种常见医学领域应用。

作者通过聚集诱导发光的发现、原理、优点,常见的AIEgens的结构及其生物医学应用,基于AIE成像的检测与治疗三方面对近年来聚集诱导发光在生物医学领域的应用进行了系统的介绍,将聚集诱导发光这一理念得到了更广泛的应用,提出了其未来应用于临床仍然需要改变和克服的不足,展现了其广阔的应用前景。聚集导致淬灭(ACQ)现象是指传统的荧光分子虽然可以在低浓度情况下发出荧光,但在高浓度下由于分子内或之间的相互作用会发生荧光减弱甚至淬灭现象。而聚集诱导发光是一种与其完全相反的发光现象,在低浓度时基本不发光,在浓溶液或者固体中则会发出很强的荧光,分子内运动受限被认为是其主要原因。

图1   ACQ和AIE现象。
图2  AIEgens分子内运动受阻导致发光原理。

作者根据常用AIE分子中的常见结构进行分类:TPE、TPS、TPA以及其他多种分子联用,对基于以上结构所设计出的AIEgens应用于生物医学领域进行了介绍。之后又阐述了基于AIE成像的体外检测与治疗,通过对具有AIE性质的分子进行正负电荷基团或靶向基团的修饰,使其具有特定细胞器的定位功能,自组装实时监控药物递送功能或深层组织血管成像功能。

图3  AIE分子应用于细胞膜成像。

图4  AIE分子应用于深层组织血管成像。

最后,作者提出了三点AIE仍需要面临与解决的挑战:1)发展具有近红外性质的AIE分子,使其具有穿透深层次组织进行成像的功能。2)AIE分子缺乏详细的对其功能与结构关系的解释,为之后贴近于临床应用的研究提供更多的理论支持。3)AIE分子缺少针对生物相容性,体内清除以及免疫原性的研究,这些在临床的应用是至关重要的。

通讯作者介绍

梁兴杰研究员,中科院优秀教师(院长特别奖指导老师),万人领军,AIMBE fellow,F1000会员,香港大学荣誉教授。主要从事纳米医学工程及其生物作用机制,纳米药物的IND评价与临床应用研究。现为《Exploration》主编,《Biomaterials》和《Biophysics report》副主编,《ACS Nano》,《Theranostics》《Advanced Therapeutics》《Bioconjugate Chemistry》《Innovation》《Aggregate》杂志编委及《Biotechnology Advance》《Science in China: Life Science》杂志客座编委。

Practicable Applications of Aggregation-Induced Emission with Biomedical Perspective

Yuqing Wang, Bozhang Xia, Qianqian Huang, Ting Luo, Yuanyuan Zhang, Peter Timashev, Weisheng Guo, Fangzhou Li*, Xing-Jie Liang*

Advanced Healthcare Materials

DOI: 10.1002/adhm.202100945

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202100945