可激活型聚合物探针用于荧光、自发光和光声成像

MEMS 2024-02-11 00:00

背景介绍

可激活型分子探针可在特定生物标志物的识别或相互作用下,实现可检测的信号变化,相较于传统“常亮”型分子探针,能够获得更高的灵敏度、特异性、信噪比以实现定量评估疾病相关的生物分子,因而倍受关注。其中,聚合物因其优异的生物相容性、灵活的化学修饰、可控的药代动力学性质及理想的成像性能而在该领域得到了广泛应用。迄今为止,已有许多关于可激活型聚合物探针应用于荧光、自发光和光声成像的研究报道,但尚未在综述中得到全面、概括性的总结。

近期,苏州大学苗庆庆教授课题组报道了可激活型聚合物探针用于荧光、自发光和光声成像的最新研究进展,旨在为开发高灵敏度、特异性的探针以实现疾病早期、精准诊疗提供参考。相关成果以“Polymeric agents for activatable fluorescence, self-luminescence and photoacoustic imaging”为题发表在国际化学权威杂志Biosensors and Bioelectronics上(DOI:10.1016/j.bios.2022.114330)。

内容介绍

该综述重点介绍了可激活型聚合物探针的分子设计、响应机制以及其在生物医学领域中的应用。由于聚合物具有良好的化学、生物学特征而被作为多功能的载体,此外,也可作为信号分子(如半导体聚合物)而表现出良好的光稳定性,在该成像体系中发挥重要作用。

首先,基于聚合物型探针的结构组成,概括性地将其分为两类,即:

(a)聚合物探针(PPs):由特定刺激可激活的信号分子直接与聚合物骨架通过共价连接而构建的大分子探针。

(b)聚合物纳米探针(PNPs):通常可涉及两种不同的结构设计。

其一,具有可激活性质的两亲性聚合物通过自组装形成纳米颗粒;其二,则是由两亲性聚合物与可激活信号分子共组装而获得,偶尔,也可共同掺入惰性信号分子,以实现比率型探针的设计。

上述两种类型的探针都可在特定生物分子的识别、相互作用下,经历一个由“信号关闭”到“信号打开”的激活过程。

在此基础上,根据不同的成像模式包括荧光(近红外I区/II区)、自发光(化学发光、生物发光、余辉发光)和光声成像,及不同的生物标记物包括蛋白酶、活性氧、生物硫醇、硫化氢、pH等进一步整理了聚合物在可激活型探针领域的相关研究,侧重于对结构设计、响应机制的阐述。同时,也介绍了在成像性能优化方面所采取的可行设计策略,如“比率型探针”、“双锁策略”、“原位组装”等。最后,作者总结并讨论了此类探针所面临的挑战,如长期的生物安全性、纳米颗粒的结构稳定性和靶向递送效率、成像性能优化等问题,以期对未来的工作方向提供参考。


图1 可激活型聚合物探针的设计策略及应用示意图

小结

简而言之,可激活型聚合物探针以其突出的优势而被广泛探索与应用,并结合多种成像模式,在辅助疾病早期诊断、指导精准治疗方面极具潜能。然而在实际应用中仍面临诸多挑战,在未来,仍需科研工作者们从化学组成、结构优化、信号放大、合成技术等多方面付诸努力以期取得突破。

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