Fluorescerende farvestoffer med aggregeringsinduceret emission giver nye prober til kræftdiagnose og terapi

Fluorescerende nanopartikler fyldt med organiske lysemitterende farvestoffer forventes at transformere levende dyrs billeddannelsesteknologier. Sammenlignet med uorganiske kvanteprikker, disse optisk stabile materialer er ikke-toksiske og kan let modificeres med funktionelle grupper, hvilket gør dem ideelle, når de målretter mod specifikke væv i kroppen. Desværre, traditionelle farvestoffer har været kendt for at aggregere og miste deres emissionsintensitet, når de inkorporeres i nanopartikler i høj koncentration. For at overvinde dette problem, et team af forskere ledet af Bin Liu og Ben Zhong Tang ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har nu designet en familie af farvestoffer med forbedret fluorescens ved aggregering.

I hjertet af de traditionelle farvestoffer er en plan kromofor kaldet triphenylamin-modificeret dicyanomethylen, som udsender rødt lys i fortyndede opløsninger, men fluorescerer svagt, når det aggregeres. "Den tætte nærhed af kromoforerne inducerer fluorescensslukning på grund af ikke-strålingsveje, " siger Liu.

Liu, Tang og deres team vendte dette fænomen ved at fastgøre propelformede tetraphenylethen-vedhæng til hver ekstremitet af kromoforen. I modsætning til plane forbindelser, formen af ​​propellerne forhindrer stærke stablingsinteraktioner mellem kromoforer, blokering af den aggregerings-forårsagede quenching-proces. Ud over, den fysiske indespærring forhindrer disse propeller i at rotere frit, muliggør lysudsendelse.

Holdet formulerede farvestofferne ved hjælp af en bovint serumalbumin (BSA) matrix - en biokompatibel og klinisk brugt polymer - og evaluerede deres ydeevne som prober. Eksperimentel karakterisering viste, at bølgelængden af ​​nanopartiklernes emissionsmaksimum forblev uændret ved indkapsling, og at intensiteten af ​​det udsendte lys steg med farvestofbelastningen.

Levende billeddannelse af brystkræftceller afslørede, at nanopartiklerne viste mere intens og homogent fordelt rød fluorescens i cytoplasmaerne (se billede) end frie aggregater, tyder på, at BSA øgede den cellulære optagelse af farvestofferne. Holdet fandt også, at nanopartiklerne var optisk stabile i biologiske medier og udviste god biokompatibilitet.

Forskerne injicerede intravenøst ​​nanopartiklerne i levertumorbærende mus til in vivo billeddannelsesundersøgelser. De fandt ud af, at i modsætning til gratis aggregater, nanopartiklerne selektivt akkumuleret i tumoren, tydeligt at fremhæve kræftvævet i dyrene. "Denne demonstration understreger nye forskningsmuligheder for at udforske lignende diagnostiske prober med potentielle kliniske anvendelser, " siger Liu.

Holdet er i øjeblikket ved at undersøge nær-infrarøde emissive biologiske prober til målrettede in vivo tumorbilleddannelsesapplikationer. Nanopartiklerne kan også bruges til at forstå kræftmetastaser eller transplanterede stamcellers skæbne. "Disse sonder er lovende i multimodale billeddannelsesapplikationer gennem integration med magnetisk resonansbilleddannelse eller nukleare billeddannelsesreagenser, " siger Liu.