新型TPE-花菁聚集诱导发光近红外探针的合成及其在肿瘤在体成像中的应用

摘要

光学分子影像技术因灵敏度高、费用低、操作简便等优势已被广泛的应用于药物研发、肿瘤诊疗、基因治疗等领域.荧光分子探针的开发设计也成为光学分子影像研究的先决条件.常用的荧光试剂包括罗丹明、花菁染料等因存在聚集诱导淬灭(ACQ)的弊端而使其生物应用极为受限.最近,由唐本忠课题组发现的聚集诱导发光(AIE)现象因有效避免荧光淬灭而在生物成像领域有广阔的应用前景.本论文以具有AIE效应的四苯基乙烯(TPE)分子为基础,开发了一种新型可控的一锅法反应,得到一类AIE类近红外三甲川花菁或乙烯基染料,充分研究了两种类型化合物的理化性质.此外基于AIE类三甲川花菁染料制备了荧光激活型脂质体探针,对比于自组装AIE分子的生物成像效果,发现该探针可实现在体生物系统的肿瘤成像.论文的具体内容概述为: 1.以TPE-CHO和杂环季铵盐作为反应原料,控制反应条件并通过一步合成法得到Ⅰ型化合物(TPE-乙烯基荧光染料)和Ⅱ型化合物(TPE-三甲川花菁荧光染料),具体包括Ⅰ型的TPE-VQ、TPE-VS、TPE-COOH和Ⅱ型的TPE-BIVS、TPE-BICOOH这五种化合物.反应通过控制亲核加成或共轭加成选择性地生成两种化合物,其反应条件温和可控、副产物少、易于分离纯化.文中还研究了这些化合物的光谱性质,表明I型化合物荧光效率低,不适于进一步应用,而II型化合物保留了花菁染料的优良特性,同时具有AIE效应,改良了花菁的荧光淬灭.这种新型的AIE类化合物的合成方法可以较为简便的在TPE分子中引入花菁荧光分子,克服了之前合成方法的不足,为此类AIE分子的制备提供了一种新的思路. 2.以TPE-BICOOH为基础设计合成包裹了AIE-三甲川花菁染料分子的脂质体TPE-LPs.对脂质体的电镜、粒径、电势进行分析后发现,对比单染料TPE-BICOOH自组装聚集的纳米颗粒,TPE-LPs为具有均一尺寸的球形双分子层结构.巨囊泡制备表明疏水性TPE-BICOOH染料位于脂质体的磷脂双分子夹层中,而光谱结果表明TPE-LPs自身荧光微弱,破膜后荧光增强近20倍.此类荧光激活型AIE探针设计合成方法简便,且脂质体生物相容性良好,可用于细胞及活体肿瘤检测成像. 3.将新型的TPE系列染料分子和脂质体TPE-LPs用于生物荧光成像,结果表明TPE-BICOOH和TPE-LPs相较于其他探针毒性低、细胞成像效果优良、生物相容性好.而当用于小鼠乳腺癌皮下肿瘤模型中时,TPE-LPs在肿瘤部位因EPR效应原位聚集,荧光从"关闭"到"激活"发挥其AIE染料的效应,肿瘤的信噪比可达到3.8,探针在肿瘤处保留时间较长.这也是荧光激活型AIE探针首次用于在体生物成像,表现出了良好的应用前景.