热点应用|NIR-II pH值检测转换点可调的FRET比率型荧光探针用于活体肿瘤pH动态可视化监测

      肿瘤细胞内葡萄糖的非氧化分解会导致细胞外氢离子（H + ）浓度升高，pH值降低。因此，弱酸性微环境作为肿瘤部位最重要和最常见的生理特征之一，被广泛应用于实体肿瘤的体内检测。近年来，随着比率荧光成像和多光谱光声成像技术的发展，活体内无创肿瘤pH可视化已经得到了实现。然而，大多数活体pH传感探针具有固定的pH检测转换点（pH t ）和pH响应区间，导致灵敏的pH检测只能在pH t 周围狭窄的范围内实现，这阻碍了在不同微环境动态变化过程对肿瘤pH的高灵敏监测。若要调整探针的pH t 值，则需要对探针结构进行重新设计与合成，这大大加重了合成的工作量。

图 1. （a）染料NAB与NRh的结构式。（b）比率荧光探针pTAS响应pH的机理示意图。（c）pTAS探针pH t 调节示意图。（d）活体检测pH示意图。

      针对以上问题，某大学教授研究团队基于近红外二区（NIR-II）荧光共振能量转移（FRET）体系构筑了一系列pH值检测转换点可调的比率型荧光探针用于活体肿瘤微环境pH值的动态可视化监测。相关研究论文“NIR-II pH Sensor with FRET Adjustable Transition Point for In Situ Dynamic Tumor Microenvironment Visualization”在线发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(10), 5091-5095）。

       通过构筑NIR-II有机染料FRET体系，获得具有pH t 与pH响应区间可调的比率型荧光探针（pTAS），实现了活体肿瘤pH的动态可视化监测 。首先，作者设计合成了化学稳定性良好的aza-BODIPY染料NAB作为能量供体，pH敏感的罗丹明-多甲川杂合染料NRh作为能量预受体，NRh在酸性条件下罗丹明结构发生开环反应，利用比率荧光信号的变化可对肿瘤pH进行原位定量检测。合成探针的过程中，通过调节两种染料的摩尔比例，可得到一系列pH t 分别为6.94、6.76和6.92的荧光探针。相较于传统的具有固定pH t 的探针，pTAS具有相似的高检测灵敏性能。根据肿瘤微环境pH值的变化范围，可选择具有相符响应区间的pTAS探针，实现肿瘤微环境pH下降（6.82-6.74）和上升（6.85-7.05）过程中的pH精准可视化监测。与标准电极检测数值相比，检测误差在1%以内。此外，通过合并pTAS的pH响应区间，活体肿瘤pH精准可视化的范围得到了2倍的拓宽（由6.38-6.94拓宽至6.11-7.22）。

图 2. 比率荧光探针pTAS-2与pTAS-3在肿瘤部位pH下降（a，c）和上升（b，d）过程中对肿瘤部位pH的实时定量检测。

这项工作充分利用了化学稳定性良好的NAB有机染料分子与肿瘤微环境敏感的有机染料分子NRh构筑一系列pH响应的FRET活体NIR-II比率荧光探针，在实现探针pH t 可调的同时有效避免了过多的有机合成工作。同时，此方法可进一步推广至其他响应性能量供受体以构建NIR-II比率荧光传感探针，在保持活体内生物传感高响应灵敏度的同时拓宽检测范围。

参考文献:

Mengyao Zhao+, Jianbo Wang+*, Zuhai Lei, Lingfei Lu, Shangfeng Wang, Hongxin Zhang, Benhao Li, and Fan Zhang*.NIR-II pH Sensor with FRET Adjustable Transition Point for In Situ Dynamic Tumor Microenvironment Visualization. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(10), 5091-5095. 

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