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浙大和庆钢、田梅教授和清华危岩教授团队综述:聚集诱导发光分子在线粒体靶向肿瘤成像和治疗中的应用
2020-10-16  来源:高分子科技

  线粒体是存在于大多数真核细胞中的细胞器,其具有双层膜结构,是细胞有氧呼吸的主要场所,在细胞的生长发育过程中具有非常重要的作用。肿瘤的高代谢导致肿瘤细胞线粒体相比于正常细胞具有更高的负电势,这也为肿瘤靶向成像和治疗提供了重要的靶点。聚集诱导发光(AIE)分子是一类在单分子溶解状态下几乎不发光而在聚集状态或固态下荧光增强的发光材料,自2001年“聚集诱导发光”概念的提出,AIE分子在生物成像和治疗中的应用取得了长足的发展,显示出广阔的应用前景。线粒体靶向AIE分子利用肿瘤细胞线粒体膜电势差和线粒体膜与AIE分子之间的疏水相互作用,可以稳定高效地标记肿瘤细胞线粒体,为基于线粒体靶向的肿瘤成像和治疗提供了重要的分析工具和治疗手段。


  近日,浙江大学化学工程与生物工程学院和庆钢研究员和浙江大学附属第二医院核医学科田梅教授联合清华大学化学系危岩教授在《Chemistry-An Asian Journal》期刊上发表综述“Aggregation-induced Emission Based Fluorogens for Mitochondria-targeted Tumor Imaging and Theranostics”,总结了近年来AIE分子在线粒体靶向肿瘤成像和治疗中的研究和应用进展,针对线粒体靶向AIE分子的结构设计及其多功能特性,讨论归纳了靶向线粒体的AIE分子探针设计策略和结构-性能关系,及其在肿瘤显像和治疗中的多种应用模式。


图1 常见的线粒体靶向AIE分子结构。(A) 基于四苯乙烯的线粒体靶向AIE分子探针;(B) 基于三苯胺的线粒体靶向AIE分子探针;(C) 基于其它结构的线粒体靶向AIE分子探针


  作者根据用于线粒体成像的AIE分子结构特点,主要将其分为三大类,一是基于四苯乙烯(TPE)结构的线粒体靶向探针,二是基于三苯胺(TPA)结构开发的线粒体靶向探针,三是基于一些其它较为特殊的结构开发的线粒体靶向探针。TPE和TPA结构被广泛用于AIE分子的结构设计,其多个苯环转子有利于增强分子的AIE效应,避免聚集荧光淬灭(ACQ)的发生;此外,利用分子内或分子间氢键和振动受限也可以增强聚集状态下分子的荧光发射。另一方面,这些分子的主要共同点是分子结构中含有带正电荷的季铵盐或季膦盐基团,这些基团对于线粒体靶向具有决定性的作用。线粒体靶向AIE分子通过形成供电子(D)-吸电子(A)结构,利用电子推拉效应和共轭效应,可以延长分子的吸收和发射波长,从而得到具有不同荧光发射的荧光分子,便于不同场景下的线粒体成像研究。


图2 线粒体靶向AIE分子在(a)肿瘤化疗;(b)肿瘤放射治疗;(c)肿瘤光动力治疗;(d)肿瘤化疗联合光动力治疗中的应用


  作者进一步归纳介绍了线粒体靶向AIE分子在肿瘤成像和治疗中的应用,包括线粒体靶向肿瘤化疗,线粒体靶向肿瘤放射治疗和线粒体靶向肿瘤光动力治疗及化疗与光动力治疗联合治疗,这些研究工作体现了AIE分子的多功能性及其在肿瘤诊疗领域的多样化应用潜能。通过分子工程设计,包括改变分子结构中的供电子和吸电子单元,增强分子共轭效应;采用不同的线粒体靶向单元;局部结构的改变,如不同长度烷基链的引入,可以开发出一系列具有不同结构和性能的线粒体靶向AIE分子,以用于不同场景的生物成像和治疗研究。最后,论文总结了线粒体靶向AIE分子的设计及其在肿瘤成像和治疗中的应用,并对这一领域未来发展需要应对的挑战及可能的研究策略进行了讨论。


图3 聚集诱导发光分子在线粒体靶向肿瘤成像和治疗中的应用


  论文详见:Yu, K., Pan, J., Husamelden, E., Zhang, H., He, Q., Wei, Y. and Tian, M. (2020), Aggregation-induced Emission Based Fluorogens for Mitochondria‐targeted Tumor Imaging and Theranostics. Chem. Asian J., 2020, DOI:10.1002/asia.202001100.


  参考文献:

[1] Y. Huang, X. You, L. Wang, G. Zhang, S. Gui, Y. Jin, R. Zhao and D. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10042-10051.

[2] C. Y. Y. Yu, H. Xu, S. Ji, R. T. K. Kwok, J. W. Y. Lam, X. Li, S. Krishnan, D. Ding and B. Z. Tang, Adv. Mater 2017, 29, 1606167-1606175.

[3] T. Zhang, Y. Li, Z. Zheng, R. Ye, Y. Zhang, R. T. K. Kwok, J. W. Y. Lam and B. Z. Tang, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 5612-5616.

[4] C.-J. Zhang, Q. Hu, G. Feng, R. Zhang, Y. Yuan, X. Lu and B. Liu, Chem. Sci. 2015, 6, 4580-4586.


  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/asia.202001100

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