双重淬灭的荧光纳米探针用于有效地检测体内外弗林酶活性

Fluorescence imaging is always applied for the detection of important analytes and noninvasive visualization of biological processes in real time. Fluorescent probes in the near infrared (NIR) region are favorable for in vivo bioimaging because of their minimum photo-damage to biological samples, deep tissue penetration, and minimum interference from background auto-fluorescence. Compared with single quenched fluorescent probes, dual quenched fluorescent nanoprobes can further reduce the background fluorescence and therefore boost the signal-to-noise ratios in the region of interest. Nevertheless, premade nanoprobes are facing the problems of cell membrane translocation and targeting, besides the difficulty and reproducibility of their fabrications. In this proposal, we aim to design two FITC- and Cy5.5-based single quenched fluorescent probes. After entering cells, these probes will subject to glutathione-reduction-controlled “smart” self-assembling into dual quenched nanoprobes. Under the specific cleavage of furin in cancer cells, the nanoprobes will release the free FITC or Cy5.5 and relieve the dual-quenched effect, resulting in high signal-to-noise (S/N) ratio of the fluorescence. This fluorescence signal with high S/N ratio will be applied for specific detection of furin activity in vitro and in vivo with high sensitivity. Since overexpression of furin associates with the early development of some cancers, these dual quenched fluorescent nanoprobes in this proposal will be further developed for the early diagnosis of cancers.

荧光成像经常用于检测重要的目标分析物和实时、非侵入性监测生物学过程。近红外荧光探针由于其对生物组织的光损害小、有很深的组织穿透能力、受背景自发荧光干扰小等特点，而有利于活体成像。与单淬灭的荧光探针相比，双重淬灭的纳米荧光探针可以进一步降低背景荧光信号，从而在目标分析物的部位进一步提高了荧光的信噪比。然而，普通纳米探针通常面临着摄取低和靶向难的问题，此外还有制备繁琐和重现性差等问题。本项目拟合成两组基于FITC和Cy5.5的单淬灭荧光小分子探针，该探针在活细胞内谷胱甘肽还原下“智能”组装双重淬灭荧光纳米探针。在癌细胞内弗林蛋白酶的特异性剪切作用下，纳米探针释放出自由的FITC和Cy5.5片断，解除双重淬灭的效应，得到高信噪比的荧光信号，用于体内外弗林蛋白酶活性的特异性、高灵敏检测。由于弗林酶的高度表达是某些癌症早期发生的信号，因此本项目的双重淬灭荧光纳米探针将用于某些癌症的早期诊断。

荧光成像经常用于检测重要的目标分析物和实时、非侵入性监测生物学过程。与单淬灭的荧光探针相比，双重淬灭的纳米荧光探针可以进一步降低背景荧光信号，从而在目标分析物的部位进一步提高了荧光的信噪比。然而，普通纳米探针通常面临着摄取低和靶向难的问题，此外还有制备繁琐和重现性差等问题。本项目拟合成单淬灭荧光小分子探针，该探针在活细胞内“智能”组装成双重淬灭荧光纳米探针。纳米探针在癌细胞内弗林蛋白酶的特异性剪切作用下，解除双重淬灭的效应，得到高信噪比的荧光信号，用于体内外弗林蛋白酶活性的特异性、高灵敏检测。由于弗林酶的高度表达是某些癌症早期发生的信号，因此本项目的双重淬灭荧光纳米探针将用于某些癌症的早期诊断。本项目共计发表论文30篇，总影响因子249.903，平均影响因子8.330。其中，2017年1月8日在国际著名学术期刊《美国化学会会刊》上报道了一种通过化学发光直接表征和成像水凝胶前体的自组装过程的策略，实现了通过化学发光来跟踪碱性磷酸酶诱导的水凝胶前体的成胶过程。2018年10月4日在国际著名学术期刊《美国化学会－纳米》上报道了一种串联酶控自组装和缓慢释放地塞米松增强抗肝纤维化效果的新型策略，并在动物模型上显示了比目前临床策略更优异的治疗肝纤维化的效果。2019年3月13日在国际著名学术期刊《自然-通讯》上报道了一种便捷合成共轭聚合物的新方法，并将该聚合物用于肿瘤的光热治疗，获得了优异的肿瘤光热治疗效果。2020年7月29日在国际著名学术期刊《美国化学会－纳米》上报道了一种有机纳米粒子用于肿瘤光热治疗及疗效实时成像评估的“智能”策略，在肿瘤治疗与疗效评估一体化方面取得了重要进展。2020年10月23日在国际著名学术期刊《科学-进展》上报道了一种含碘小分子在细胞内自组装成富碘纳米粒子的“智能”策略，并用纳米计算机断层扫描（Nano-CT）直接观察到细胞内纳米粒子的形成。