随着现代医学技术的发展，光学成像技术因其非侵入性、高分辨率和实时成像能力，在临床诊断中占据越来越重要的地位。然而，光学成像材料在体内易被单核吞噬细胞系统（MPS）快速清除，这不仅降低了成像的准确性，还限制了其在疾病早期诊断中的应用。针对这一挑战，湖南大学张晓兵/袁林教授团队开发了一种基于多价超分子自组装技术的荧光探针，旨在提高成像材料的稳定性和成像质量，减少MPS的干扰。
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目前，光学成像材料在体内应用时面临的主要问题是其容易被MPS识别并迅速清除，导致成像信号不稳定且背景噪声高。此外，成像材料在水环境中容易发生聚集，导致荧光效率降低。为了解决这些问题，研究人员设计了一种多价超分子荧光探针，通过优化材料的纳米形态、胶体尺寸和表面化学性质，提高其在体内的稳定性和成像效果。该研究团队通过多价分子自组装技术，将花青素染料（cyanine dyes）与β-环糊精聚合物（β-cyclodextrin polymers, CDP）结合，构建了超分子荧光探针。首先在染料结构中引入多个疏水基团，以增强其与CDP之间的多价主客体相互作用。随后，利用疏水染料和亲水性前体的自组装，形成稳定的超分子探针。这种自组装过程不仅提高了染料在水环境中的兼容性，还显著减少了非辐射能量衰减，从而增强了荧光效率。通过CDP表面的羟基基团，减少探针的正电荷，增加表面极性，从而减少与血清蛋白的非特异性相互作用。
多价主客体相互作用是自然界中高亲和力分子相互作用的标志。通过在染料结构中引入多个疏水基团，可以与CDP形成稳定的多价复合物，从而提高探针的体内稳定性。CDP的封装作用有效防止了染料分子的聚集，并屏蔽了外部环境的影响，从而显著提高了荧光效率。CDP表面的羟基基团减少了探针的正电荷，增加了表面极性，有助于减少与血清蛋白的非特异性相互作用，从而延长血液循环时间。通过MALDI-TOF和HRMS分析，证实了探针的化学稳定性。此外，荧光强度测试显示，探针在水环境中表现出优异的光稳定性。通过荧光光谱和动态光散射（DLS）分析，证实了探针与血清蛋白的非特异性相互作用显著减少。细胞实验结果显示，探针具有较低的细胞毒性和生物毒性，对正常细胞无明显影响。通过实时荧光成像，观察到探针主要在肾脏和肝脏中积累。特别是Cy7.5AA@CDP探针在肾脏中的荧光信号最为显著，表明其主要通过肾小管分泌和重吸收途径清除。在急性肾损伤（AKI）模型中，探针能够实现早期诊断，并提供高对比度的成像。此外，在多种肿瘤模型中，探针也表现出优异的成像效果，有助于精确手术导航。该研究通过多价超分子自组装技术，成功开发了一种具有优异稳定性和成像效果的荧光探针。该探针不仅能够有效避免MPS的干扰，还能在多种疾病模型中实现高精度成像。这一研究成果为光学成像材料的临床应用提供了新的思路，有望在疾病早期诊断和精准治疗中发挥重要作用。
原文链接：
https://doi.org/10.1126/sciadv.adp8719
