代表性研究成果4:聚集诱导发光材料及其在生物领域的应用

2018-11-20 2698

传统发光材料在溶液中发光很强,但在聚集态时发光减弱甚至完全不发光,呈现聚集导致发光猝灭效应,大大降低了材料的实际应用效果。聚集诱导发光(AIE)材料在聚集态可以高效发光,在生物成像和检测中具有明显的优势。中国科学院文献情报中心和汤森路透联合发布的《2015研究前沿》中将“聚集诱导发光化合物的合成、性质和用于细胞成像”列为化学和材料领域10大研究前沿的第二位。2016年《自然》杂志将AIE点(AIE材料制备的纳米粒子)归为支撑和驱动未来纳米光革命的四大纳米材料之一(Nature, 2016, 531, 26)。实验室开展了新型AIE材料开发与在生物成像和诊疗的应用研究。

1)细胞内脂滴的特异性光激活荧光成像

脂滴不仅是脂类分子和蛋白质的重要贮存场所,而且是一个动态变化的多功能细胞器,在膜的合成、蛋白质降解等生理活动中发挥着重要作用,并与许多疾病密切相关。鉴于此,利用二氢-2-氮杂芴酮类化合物,我们建立了具有脂滴靶向能力的光激活AIE探针,实现了脂滴特异性的高效率光激活荧光成像。在复杂细胞环境下,基于癌细胞与正常细胞内脂滴含量的不同,实现了癌细胞和正常细胞的有效区分。该工作被Chem. Sci.作为封面论文亮点报道(2017, 53, 921),并获美国化学会ACS Omega杂志颁发的最佳墙报奖,被国外生物医学网站“Biomedical Advances”的亮点推介。

2)基于特异性荧光成像有效区分癌细胞亚型

为了提高癌症治疗的针对性,降低治疗过程的副作用,迫切需要发展高灵敏度和高特异性的成像方法,实现对癌细胞亚型的区分和诊断。实验室利用高性能AIE材料,通过表面修饰西妥昔单抗(C225),使之与表皮生长因子受体(EGFR)的特异性结合。利用C225修饰的AIE纳米探针,成功实现了对EGFR阳性的非小细胞肺癌细胞的特异性荧光成像,有望用于对肺癌的个体化诊断。研究结果发表于Nanoscale, 2016, 8, 15027上。

3)干细胞成骨分化过程的长期示踪

近年来,干细胞疗法在骨损伤修复中的应用日益引起人们的重视。但是,干细胞治疗需要长期监测所植入干细胞的分布、增殖及分化情况,才能评估干细胞治疗的效果。实验室利用表面修饰有细胞穿透肽(TAT)的AIE纳米探针AIE-Tat实现小鼠骨髓间充质干细胞的分裂增殖过程的长期示踪,效果远优于商业化的量子点示踪试剂Qtracker655。通过进一步以羟基磷灰石为支架,在诱导成骨分化环境下,利用AIE-Tat纳米探针实现了对骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化过程的长期示踪。同时,还通过对成骨分化的标志基因检测,证实了AIE-Tat纳米探针具有良好的生物相容性,不影响干细胞的成骨分化能力。相关研究结果发表于ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 17878上。

4)高效红光AIE纳米材料对活体癌细胞增殖与转移的荧光示踪

红色荧光材料具有抗生物背景荧光干扰、穿透能力强等优点,在生物荧光成像中有极大的应用需求。实验室制备了高效的红色AIE纳米颗粒,通过改变包裹聚合物链上的封端基团使AIE纳米颗粒表面带有不同电荷和不同电量,研究了它们在斑马鱼模型中的生物毒性和体内循环与分布,发现了来自NH2-TAT基团的表面正电荷能够降低纳米颗粒的生物毒性,提高细胞穿透性。通过将染有NH2-TAT纳米颗粒的HeLa和MCF-7细胞异种移植到斑马鱼幼体中,成功实现了对癌细胞增殖与转移的长期动态追踪。同时,还阐明了AIE纳米材料在经过4T1 肿瘤异种移植后的 BALB/c小鼠体内的循环、积累和代谢过程。研究成果发表在Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 170148上,表明了AIE材料在生物荧光成像与检测等方面的巨大应用潜力。


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