用于癌症早期诊断的近红外荧光染料及其应用

HClO produced by mitochondria is one of the terminals in the metabolic production of reactive oxygen species. Under physiological conditions, its activity is high and the life is short, thus a rapid, high sensitive detection method is needed for their conduct real-time monitoring in cells. In the earlier stage work of this project, a high sensitive, fast and high selective HClO fluorescent probe was obtained based on "enhanced" photoinduced electron transfer (PET), realizing the HClO fluorescence imaging in cancer cells. On the basis of the original work, the project put forward by using fluorescence dyes to recognize reactive oxygen species in cancer tissues. Based on molecular design, control the spread of the dye within the cell and the cell compatibility making them localize in the mitochondrial; modify the BODIPY fluorophore structures to let them go into the near-infrared light area, avoiding the interference of the biology of spontaneous fluorescence and improve their tissue penetration; Change the linking way between the recognition groups and BODIPY dyes to design ratiometric fluorescent probes to quantitatively detect HClO levels. These ideas will help solve the reliability, simplicity and security of the fluorescent recognition dyes and expected to become a powerful tool for the biological effect of mitochondrial oxidative stress and excessive oxidative stress which will result in cancer cell apoptosis. The completion of project will be of great significance for the early diagnosis of cancer.

线粒体中产生的HClO是活性氧的终端代谢产物之一。在生理条件下，HClO活性高且寿命短，需要快速、高灵敏的检测方法对其在细胞中的行为实时监测。本项目前期工作，基于“增强型”光诱导电子转移体系(PET)，得到了高灵敏、快速和高选择性HClO荧光识别染料，实现了癌细胞中的HClO荧光成像。本项目在原创工作的基础上，提出利用荧光染料识别癌组织中的活性氧。立足于分子设计，调控染料在细胞内的扩散和亚细胞相容性，使其选择性定位于线粒体；对BODIPY荧光团进行结构改造，将其引入到近红外光区，克服生物体自发荧光的干扰，提高组织穿透力；改变识别基团与BODIPY荧光母体的连接方式，设计比例荧光探针定量检测HClO。这些思路将有利于解决荧光识别染料的可靠性、简便性和安全性等难题，使之有望成为一种研究线粒体氧化应激和过量氧化应激导致癌细胞凋亡的生物学作用的有力工具。项目的完成将对癌症的早期诊断具有重要意义。

项目以肿瘤靶标作为主要研究目标，提出癌组织靶向的体内荧光识别染料研究，利用识别染料的荧光引导手术。从癌组织的荧光染料分子识别机制，体内染料分子光谱响应性能，染料体内安全应用性能等三方面开展研究，研制了系列新结构染料，获得了可识别肿瘤细胞的荧光探针，强化了染料耐光性能，实现了新染料在血液细胞分析规模应用。.（1）将染料和酶抑制剂组成电子转移折叠结构。以尼罗蓝作为荧光母体，以不同肿瘤细胞特征酶，如：丝氨酸水解酶和原癌蛋白Pim-1为靶标，构建了多个近红外荧光探针。其中乳腺癌细胞荧光识别染料可快速、高灵敏筛选出乳腺癌细胞，利用组织荧光成像可很好地肉眼观察到癌症组织边界。.（2）将增强电子转移策略用于构建荧光探针，实现了癌细胞内基底次氯酸的检测和成像。另外，发展了超氧阴离子荧光探针，可进入活细胞线粒体，比率荧光监测细胞中超氧阴离子水平的变化.(3) 利用DNA和RNA结构上的差异性，设计了RNA选择性荧光识别染料，此工作正在和深圳迈瑞医疗电子有限公司合作，开发下一代血细胞分析试剂。并由于癌细胞中的RNA含量明显高于正常细胞，该探针又可用于癌细胞的识别与区分；而利用分子结构与mtDNA小沟槽结合，设计DNA选择性荧光识别染料。.项目执行期间，项目执行期间，共发表SCI收录文章60余篇，授权国内外发明专利 11项，项目组成员多次在国际、国内学术会议中做邀请报告。负责人樊江莉获国家杰出青年基金资助，入选“万人计划”科技创新领军人才和辽宁省“兴辽英”科技创新领军人才。