各界新聞網訊(通訊員 饒志萍)近日，生命科學技術學院張象涵副教授、王忠良教授團隊與新加坡南洋理工大學大學浦侃裔教授團隊合作，在國際綜合類頂級期刊《Nature Communications》(Nature系列期刊中的綜合類子刊，IF=14.919)，發表了題為“Bioorthogonally Activatable Cyanine Dye with Torsion-Induced Disaggregation for In Vivo Tumor Imaging”的研究論文(DOI: 10.1038/s41467-022-31136-3)。論文第一單位為西安電子科技大學，生命科學技術學院張象涵副教授為論文的第一作者，西電王忠良教授、田捷教授和新加坡南洋理工大學浦侃裔教授為論文的共同通訊作者。近年來近紅外熒光成像技術在腫瘤早期診斷、光學手術精準導航和實時可視化療效評估等方面發揮了非常重要的作用，特別構建智能響應型近紅外熒光探針是提高成像特異性和靈敏度的關鍵技術之一。生物正交化學具有高選擇性、快速反應和良好的生物相容性等優點，在內源性分子的動態過程可視化、疾病標志物的預靶向成像、原位代謝標記成像和治療等領域得到了廣泛的應用，并且生物正交技術已經開始在臨床上開展試驗。在所有的生物正交化學模塊中，四嗪(tetrazine，Tz)類生物正交探針不僅具有靶向的功能，而且Tz通過反電子需求Diels-Alder(IEDDA)的生物正交反應來激活目標信號，實現熒光信號的“Turn-ON”或放大，達到“靶向激活雙功能”(2-in-1)的效果。

　　然而，目前生物正交激活探針絕大多數集中在可見光區，近紅外區的探針寥寥無幾，主要受Tz淬滅機理(TBET、PET、FRET、ICT)的限制，極大地限制了其在生物醫學領域的應用。因此，設計并構建智能型生物正交近紅外熒光探針仍然是一項極具挑戰性的工作。在前期工作的基礎上(Theranostics 2017, 7(15):3794-3802;Nano Research 2021, 14, 2432-2440)，作者提出了一種全新的扭轉誘導解聚(Torsion-induced disaggregation, TIDA)生物正交信號放大新機制。此機制不受Tz淬滅機理的限制，利用四嗪生物正交反應增大分子的空間位阻效應，解聚分子聚集，實現熒光信號的激活。

　　通過核磁一維/二維氫譜、量子化學及分子動力學分析發現，與以往Tz猝滅機理不同，本論文設計的近紅外熒光探針通過生物正交反應后，分子構型會發生由S-trans到S-cis的分子內順反異構，進而增大分子空間位阻，引發TIDA熒光增強現象。其次大多有機染料存在分子內聚集熒光淬滅(ACQ)的問題，例如FDA批準臨床使用的近紅外熒光探針吲哚菁綠(ICG)的熒光淬滅可達到80%以上(≥ 4 μm)，嚴重影響了ICG的成像靈敏度。本論文設計的TIDA類熒光分子，通過扭轉角增加抑制了共軛體系內的π-π堆積，導致熒光團解聚(≤ 4 μm幾乎無熒光損失)，克服了傳統有機熒光染料在水性介質中的ACQ問題。

　　進一步，基于TIDA構建的近紅外智能響應探針在細胞水平實現了高特異的生物正交激活成像;經尾靜脈注射荷瘤小鼠體內5分鐘后，Tz智能響應探針就可點亮腫瘤，實現微小腫瘤的高靈敏成像檢測。因此，這項工作提出了一種構建生物正交可激活NIR熒光團的TIDA設計新機制，并為利用體內成像中的生物正交化學開辟了新的思路，具有理論和應用兩方面的意義。

　　據悉，王忠良教授及張象涵副教授團隊多年來一直從事近紅外熒光探針構建及生物醫學應用方面的研究，在國內外期刊上發表了系列重要研究成果，包括Nat. Commun., Angew. Chem., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Sci. Bull.,Theranostics, ACS Appl. Mater. Interfaces，Nano Res.等國際權威期刊，研究工作被分子影像學概念的提出者Ralph Weissleder教授等國內外權威專家引用和正面評價。