这盏能亮十天的“灯”可以为手术刀导航     DATE: 2019-05-14 11:36

  丁丹把实验室的灯都关掉。黑暗中,试管里的长余辉荧光分子,继续亮着,发出一团红色的光。

  这是一种新型长余辉材料,可以用于肿瘤切除手术导航,丁丹管它叫分子影像探针。之前课题组已做过的实验显示,探针可用于精确切除小鼠腹腔转移瘤模型中的微小肿瘤。相关论文近日已刊发在《纳米通讯》上。

  围绕“聚集诱导发光”(AIE)荧光分子,丁丹带领的课题组已经做了多年bt365体育在线投注。结合生物医用技术材料设计、制备新型分子影像探针,他们正在探索其在重大疾病诊断与治疗以及疾病发生发展机制bt365体育在线投注方面的应用。

  面对恶性肿瘤,切除通常是最为常见的处理方法。不过,仅靠外科医生触诊和目视检查,也无法完全区分出恶性组织和正常组织。有时会误伤,有时又会“错放”。因此,手术刀也需要“导航系统”——荧光探针。探针在肿瘤内进行标记,肿瘤组织发出光芒,也就是发出“向我开炮”的信号,帮助实现肿瘤的精准切除。

  丁丹是南开大学生命科学学院生物活性材料教育部重点实验室、药物化学生物学国家重点实验室教授、博士生导师。其课题组的bt365体育在线投注方向,就是新型分子影像探针的设计、制备与生物医学应用。

  团队先是瞄准了一种材料——金刚烷二氧杂化丁烷。这是一类经典的化学发光分子,能够长时间发光。但是在水相体系中,它会发生严重的信号淬灭。也就是说,一旦碰到水,其发光时间仅能维持几分钟,发光强度也很低——这不足以完成一次手术导航。

  团队一直bt365体育在线投注的,则是聚集诱导发光荧光分子(AIEgen)。它的首次发现,要追溯到2001年香港科技大学唐本忠院士团队。AIE是一类新型荧光材料,2016年《自然》杂志将AIE材料的纳米聚集体列为支撑“纳米光革命”的四大纳米材料之一。它的细胞毒性低、光学性质稳定,不怕水、亮度强,但就是在没有实时激发光的情况下不能实现长余辉发光。

  能不能把两种材料的优势结合起来?课题组对AIE分子进行了设计,首次合成了一种具有AIE性质的近红外长余辉发光纳米点(AGL AIE dots)。

  这是一套连锁反应——在单次外源光激发后,纳米材料中AIEgen产生的单线态氧与前体分子作用得到金刚烷-二氧杂化丁烷,后者会变得非常不稳定,发出黄光;而AIE分子恰恰是吸收黄光,发射近红外光。经化学激发和能量转移等过程,可以实现长达10天以上的自循环近红外长余辉发光。一次打光,十天照亮。

  与近红外荧光材料相比,近红外长余辉发光纳米点具有更深的组织穿透能力,更高的信躁比。简而言之,它能让我们把肿瘤组织分得更清楚、看得更清晰。

  丁丹介绍,他们设计出一种荧光响应过氧化亚硝酸阴离子的AIE分子,将其制备成纳米颗粒。在炎症和肿瘤组织上,都会产生过氧化亚硝酸阴离子的过表达,不过,炎症的pH值更低,肿瘤的pH值则在6.8到7.2之间。课题组制备的这种纳米颗粒,遇到过氧化亚硝酸阴离子会发光;但在酸性条件下,它又“乖巧”地不发光。这样一来,就能实现高选择性、高灵敏和实时地区分肿瘤与炎症。

  以此类推,课题组可对AIE分子进行不同设计,让其在遇到需要检测的标志物时发光。这犹如给它装上一扇扇不同的门,只有输入了相应的密码,大门才会打开,透出光亮。

  未来,围绕AIE分子,课题组还要做更多文章:开发富含分子内运动单元的长余辉发光有机技术材料,将探针的设计理念拓展到长余辉发光成像。在生物医用上,可以做动脉粥样硬化等重要疾病的早期诊断,做肿瘤切除手术导航、药物筛选、干细胞示踪等。

  近几年来,丁丹团队开始尝试着把技术产业化,并已经选定合作的生物科技公司,计划对检测试剂进行市场调研。团队的目标有两个方向,一个是做分子探针手术导航,一个是做体外检测。(记者 张盖伦)

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