急性肾衰竭，是一种严重的临床疾病，并伴随着发展为终末期肾病、甚至导致死亡等风险。现有的临床诊断技术，局限于血生化等晚期生物标志物检测、或肾穿刺活检等有创方式，并且难以实现早期诊断。因此，迫切需要开发实时无创的便捷检测方法，以用于急性肾衰竭的早期诊断和预后评估。
光学检测技术结合分子探针，为实时无创活体成像和体外检测提供了有力工具。在中山大学黄佳国教授团队的前期工作中，他们曾将近红外荧光染料与亲水性环糊精、聚乙二醇等聚合物进行偶联，以用于肾脏的特异性富集和高效排泄。
图 | 黄佳国
基于此类肾清除型荧光团，他们构建了一系列分子探针并将其用于肾病检测。然而，聚合物的异质性常常导致染料标记的批间差异，进而可能会导致体内药代动力学特性的不一致，从而影响体内生物应用和转化。
基于这一问题，该团队开发了免标记的单分子肾清除型探针。通过肾清除效率测定，筛选出具有大约 96% 注射剂量清除率的单分子荧光团，优于此前报道的标记型探针。进一步地，课题组聚焦于肾损伤过程中细胞凋亡通路上游的生物标志物 Caspase-8，构建了可激活型分子探针。
在化疗药物顺铂诱导的肾损伤小鼠模型中，使用静脉注射探针之后，通过活体成像和远程体外尿液检测，他们发现顺铂给药 12 小时后，就可以检测出凋亡事件的发生，这一诊断时间点比临床血常规方法提前了近 60 小时。
毫无疑问，早期诊断有助于尽早采取干预措施。为此，他们进一步利用不同药物，针对急性肾衰竭进行了治疗干预，并利用探针-体外尿液检测来评估药物干预效果。
结果显示：凋亡蛋白抑制剂和坏死蛋白抑制剂联合用药，可以高效地缓解肾衰竭发展进程，从而显著提高小鼠生存率。
简言之，他们先是开发了一系列单分子两性离子半花菁染料，并筛选出了近红外荧光团，其具有较低的蛋白结合率和较高的肾清除效率。
进一步地，他们构建了可用于肾衰竭早期诊断和预后评估的多功能可激活近红外分子探针，实现了非侵入性的体内成像和体外尿液诊断。这种技术不仅能用于前临床药物开发和评价，且具有很高的临床应用前景。
预计这一成果对于泌尿系统疾病包括肾病、尿道及膀胱等相关疾病的检测均具有推动作用。
鉴于体外尿液检测的高接受度、高灵敏度和易转化等优势，课题组未来将与医院进行合作，收集临床样本并进行体外尿液检测，推动该技术在体外检测方面的转化。
此外，基于探针的代谢特性和荧光特性，其还能用于临床术中荧光导航可视化，为术中输尿管成像精确定位和输尿管重建等外科手术提供新工具，从而减少术中医源性输尿管的损伤，保证手术术中的安全。
（来源：Angewandte Chemie International Edition）
事实上在前期探针合成和筛选阶段，他们设计了 5 个染料分子，期望从中筛选出具肾脏高效清除特征的单分子。
然而事与愿违课题也一度陷入僵局，反复排查原因之后，他们继续设计了 3 个新染料分子，而后期增加的 3 个分子均展示出了理想效果。
由于分子亲水性强、化学合成和纯化难度高，在多次优化路线之后，染料分子的质和量也都得到了保障。
研究过程中，团队成员表述最高频也是最印象深刻的一个词是“点亮肾脏”，即探针是否进入肾脏并发出荧光。
“总的来说，探索过程犹如摸着石头过河，在历经种种失败的同时我们逐步累积了经验，最终获得了宝贵的终产物，也算守得云开见月明。”黄佳国表示。
最终，相关论文以《特制的两性离子半花青报告子用于急性肾功能衰竭的早期诊断和预后评估》（Tailored Zwitterionic Hemicyanine Reporters for Early Diagnosis and Prognostic Assessment of Acute Renal Failure）为题发在 Angewandte Chemie International Edition 上。中山大学博士生周娅、祝丽娟是共同一作，中山大学黄佳国教授担任通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Angewandte Chemie International Edition）
黄佳国表示：“本次工作中的染料分子也是目前我们团队的‘明星分子’。”后续，针对这些分子的探针，他们会拓展更多的设计方案，力争将其用于各种疾病的检测中。目前，相关研究正在进行中，并已经在临床样本上取得一系列乐观成果。
