乏氧特异性智能激活的近红外二区荧光半导体聚合物探针用于超敏感检测早期肿瘤

The new second near infrared window (NIR-II, 1000-1700 nm) fluorescence imaging technology has superior resolution and deeper tissue penetration depth than traditional fluorescence (700–900 nm) imaging techniques in tumor imaging. However, currently there is still lacking tumor-specific ultrasensitive detection of early tumor of NIR-II imaging probe. Therefore, our project proposed to develop a hypoxia-activated NIR-II fluorescent semiconducting polymer probe for ultrasensitive detection of early tumors. We firstly take full advantage of the semiconductor polymer of strong photostability and light trapping ability, high fluorescence brightness, good tissue permeation and retention effect, and mingle hypoxia-activatable acceptor groups (such as nitro、azo and quinone) into the polymer backbone through carbon-carbon coupling reaction. In tumor microenvironment, hypoxia-activatable acceptor groups can be reverted to donor groups（such as amino and hydroxyl），such acceptor-donor transformation will easily adjust the NIR-II fluorescence intensity and wavelength of semiconducting polymer. Finally, the performances of the probes are evaluated through investigating an ability to early tumor detection in vivo. We hope this work will be beneficial to developing the application of NIR-II fluorescence imaging technology in biomedicine.

新型近红外二区（NIR-II, 1000-1700 nm）荧光成像技术相较于传统荧光（700–900 nm）成像技术具有更高的分辨率和更深组织穿透深度等优势而在肿瘤成像方面迅速受到关注。但目前尚缺乏能够靶向特异性超敏感检测早期肿瘤的NIR-II成像探针。因此，本课题提出开发乏氧智能激活的NIR-II荧光半导体聚合物探针用于早期肿瘤的超敏感检测。即利用半导体聚合物的光稳定性和光捕获能力强、荧光亮度高、组织渗透和滞留效应好等特性，通过碳-碳偶联反应将乏氧智能激活的受电子基团（如硝基、偶氮和醌等）掺杂入NIR-II荧光半导体聚合物链中用来淬灭其NIR-II荧光。在肿瘤乏氧微环境中，乏氧智能激活的受电子基团被还原成供电子基团（如氨基或者羟基等），研究这种聚合物链中受-供电子基团的转变对聚合物的NIR-II荧光点亮能力及由此产生的对早期肿瘤的检测能力，推动NIR-II荧光成像技术在生物医学领域的应

近红外二区（NIR-II, 1000-1700 nm）荧光成像技术由于检测更长波长的荧光，大大减少了生物组织的光散射与吸收以及自发荧光，从而降低了背景噪音，具有更深的组织穿透深度以及更高的分辨率。但是目前开发的这些NIR-II荧光探针大部分是“always-on”荧光探针，其无论是否到达疾病靶组织，都会发出NIR-II荧光信号。因此，只能提供低的靶组织-背景比例，降低了疾病检测的敏感性和特异性。相比之下，智能激活的NIR-II荧光探针因其只在靶组织位置与靶组织微环境特异性反应才能激活荧光信号，而在非靶组织保持荧光信号静默，能够提供更高的靶组织-背景比例，有效的提高了疾病检测的特异性和灵敏度，为早期疾病的超敏感检测提供了更大的可能。本项目提出以“开发疾病微环境特异性激活的NIR-II荧光半导体聚合物探针用于超敏感检测早期疾病”为研究目标，以“疾病微环境激活的NIR-II荧光半导体聚合物分子设计与合成---疾病微环境基团对半导体聚合物的光学性质的调控机理和影响规律的探索---探针光学性能优化---活体早期疾病检测的评估”为研究主线，针对目前疾病微环境激活的NIR-II荧光半导体聚合物探针中面临的关键问题和难点，及时开展相关研究。开发了疾病微环境可激活的NIR-II荧光探针，并用于肿瘤、SRAS-Cov-2感染等疾病的诊断和治疗。本项目的实施不仅对对高性能且有实用前景的疾病微环境智能激活NIR-II荧光半导体聚合物探针的理性设计具有重要的指导意义，也为疾病早期检测等提供了重要的理论价值和实践意义。