生物过程对于生物体的正常生理功能具有非常重要的作用,且与健康密切相关。生物过程发生紊乱往往会导致疾病的发生。因此,生物过程的实时监测将会促进生命机制和疾病成因的全面深入认识,有利于疾病的精准诊疗,具有重要意义。荧光技术因其高灵敏度、低成本、原位等特点被广泛应用于生物医学领域。优异的荧光分子是荧光技术应用的关键,要求具有高亮度、强抗漂白性、生物兼容性等。
自2001年唐本忠院士提出聚集诱导发射(Aggregation-Induced Emission,AIE)概念以来,基于AIE的研究已成为研究前沿热点。AIE荧光分子(AIEgen)具有高亮度、强光稳定性、大Stokes shift、高信噪比、克服聚集诱导猝灭(Aggregation Caused Emission,ACQ)等优点(图1),正在被广泛而深入地应用于生物医学领域,并取得了瞩目的成就,尤其在生物过程检测和疾病诊疗学方面展现出实时、原位、长效追踪监测的独特优势。最近,香港科技大学的唐本忠院士团队就AIEgen在生物过程监测和疾病诊疗学中的应用进行了综述并展望。
图1 AIEgen特点:克服ACQ,高亮度,大Stokes shift,高信噪比,强光稳定性等。
该团队综述了与特定生物过程(如自噬、线粒体自噬、线粒体动力学、细胞分裂、长程细胞追踪、细胞凋亡等方面)相关的AIEgen探针的设计理念和相关生物过程的可视化监测。继而延伸到与生物过程相关的疾病(如癌症、炎症、血脑屏障破损等)的特异性、高效、原位、实时诊断。通过与传统ACQ探针比较,这些AIEgen探针及其纳米颗粒充分展示了实时、长效监测的特点。另外,对于具有药物、光敏剂以及辅助剂等多功能性的AIEgen,该团队综述了它们在疾病诊疗学方面的研究进展。结合AIEgen优异的成像特性,在疾病诊疗的同时,可以对疾病的致病机制进行在线、实时、可视化研究。由此,对临床上开发新药、评估治疗效果等方面具有重要的意义。
最后,该团队提出了AIEgen在生物医学领域更为深入应用所面临的挑战:深的组织穿透性、低的生物背景干扰、高的灵敏度和专一性、高的生物安全性等。为此,该团队展望开发具有长波长激发和发射、双光子吸收发射、光声效应以及室温磷光特性的新型AIEgen将会有效解决上述问题,极大地促进其在生物医学领域的发展。更进一步,开发多功能特性AIEgen,兼顾诊断与治疗,将会对疾病致病机制研究和临床应用方面起到极大推动作用。
相关结果发表在Biomaterials 146 (2017) 115-135上,第一作者为顾星桂教授和Ryan博士,通讯作者为唐本忠院士。
论文信息及链接:
X. Gu, R. T. K. Kwok, J. W. Y. Lam, and B. Z. Tang*, AIEgens for biological process monitoring and disease theranostics, Biomaterials, 146 (2017) 115-135.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217305677?from=singlemessage&isappinstalled=0
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