Engineering of cyanine-based nanoplatform with tunable response toward reactive species for ratiometric NIR-II fluorescent imaging in mice

Yuan Ma , Liuhui Liu , Zhifei Ye , Li Xu , Yuhang Li, Sulai Liu,, Guosheng Song , Xiao-Bing Zhang

https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.041

Science Bulletin 68 (2023) 2382–2390

主讲人：刘梦月，2024年1月7日

研究进展：

   高质量的近红外二区（NIR-II）纳米探针可用于检测疾病、监测治疗过程和了解疾病发展，对实时生物成像和医学诊断具有重要意义。菁是构建可激活探针的一类重要荧光团，基于菁的NIR-II荧光团往往具有优异的光学性能、简单的合成方法和极高的吸收，然而其生物学应用却受到包括水溶液中呈弱荧光、稳定性差和特异性不足等缺点的阻碍。

解决方案：

   本文采用分子工程开发了具有明亮、稳定发射和高特异性的基于菁的可激活NIR-II纳米平台。采用聚（苯乙烯-马来酸酐）（PSMA）封装NIR-II荧光分子IR1048，以获得稳定明亮的NIR-II纳米颗粒（PSMA@IR1048 NP）。通过电荷调制策略，将一系列菁荧光团负载在PSMA@IR1048 NP上，对活性物质表现出可调响应。结合两种策略，构建了NIR-II比率型荧光纳米探针RNP，包括RNP1、RNP2和RNP3；其中，RNP2表现出次氯酸（HClO）响应性能，并产生更高的NIR-II荧光比（FL2/FL1）信号。这种纳米探针能够可靠地报告糖尿病肝损伤和下肢缺血再灌注（I/R）损伤小鼠模型中的病理性HClO水平。为构建用于生物成像的稳定、明亮和特异的基于菁的NIR-II探针提供了策略。

要点：

1.在多聚物结合IR1048所得的纳米颗粒中，DSPE-PEG@IR1048 NP和PSMA@IR1048 NP的吸收光谱具有1048nm的特征峰，证实IR1048可以成功地结合到DSPE-PEG和PSMA中，PSMA可以提高IR1048在水溶液中的荧光强度和化学稳定性。因此，选择PSMA@IR1048NP进行表征和后续成像实验。

2.将一系列菁基荧光团负载在PSMA@IR1048 NP上，构建比率型NIR-II探针RNP。

3.接着调节HClO浓度验证RNP2对HClO的响应特性。检测吸收光谱发现，随HClO浓度从0增加到20μmol/L，RNP2在约780nm处的吸光度逐渐降低，而IR1048特征吸收峰的变化可忽略。

4.受RNP2对HClO具有良好选择性的启发，作者进一步使用RNP2对糖尿病小鼠的HClO水平进行实时成像。下肢I/R损伤是骨科手术中常见的主要并发症，通常伴有过表达的ROS水平。及时测量升高的ROS水平对检测I/R损伤程度具有重要意义。因此将RNP2用于对I/R损伤模型中的实时HClO水平进行成像。

总结与展望：

   本研究开发了一种简易的分子工程策略来构建基于菁的NIR-II比率成像纳米平台，并且成功开发了一种电荷调制策略，以调节纳米颗粒对活性物质的反应性，赋予其特定的HClO响应性能。所制备的RNP2可以避免疾病部位其他活性物质的干扰，从而可靠地检测HClO的病理水平，显示了基于菁基的纳米探针在特定疾病的NIR-II荧光成像中的良好潜力，该策略可能为设计其他明亮稳定的NIR-II纳米探针及其生物应用提供见解。