《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Cell membrane-targeting AIE probe for Cancer and inflammatory imaging
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基于D-π-A结构的AIE荧光探针TPQ-S可有效靶向癌细胞膜并响应微环境动态变化，具有高灵敏度、光稳定性和特异性，为肿瘤实时监测和手术导航提供新工具。
Mengqian Zhang|Fengjun Hu|Fawei Zhu|Weikang Peng|Yucheng Huang|Lei Yang|Shusheng Zhang|Shichao Li|Xiaobo Wang
山东省肿瘤成像设备开发与综合诊断治疗技术重点实验室，临沂大学，临沂 276000，中国
摘要
高特异性和敏感性的荧光探针对于癌症诊断和生物成像至关重要。本文介绍了一种新型的基于聚集诱导发光（AIE）的荧光探针，该探针具有独特的两亲性D-π-A结构，由三苯胺、喹啉和磺酸基团组成。该探针表现出优异的光学性能，包括对粘度变化的高灵敏度和良好的光稳定性。细胞成像研究表明，它能够选择性靶向癌细胞膜，并具有高荧光强度和快速成像能力。共定位分析显示其皮尔逊相关系数为0.92，表明其具有高特异性。在药物诱导的炎症环境中，该探针的荧光响应显著增强，体现了其对动态微环境变化的敏感性。在携带肿瘤的小鼠体内，该探针优先积累在肿瘤组织中，并在72小时内被有效代谢。这些结果表明该探针在癌症成像、实时监测和手术导航方面具有潜力。
引言
癌症仍然是全球主要的死亡原因之一，继续给医疗系统带来巨大负担[1]、[2]、[3]。早期诊断和准确监测肿瘤进展对于提高患者生存率和指导治疗策略至关重要[4]、[5]、[6]。然而，传统的成像技术通常具有有限的灵敏度、低选择性和不足的时空分辨率，无法捕捉与早期肿瘤发生相关的微环境变化[7]、[8]、[9]。因此，开发能够在细胞和亚细胞水平上动态可视化微环境变化的可靠荧光探针已成为癌症诊断和生物医学成像领域的紧迫目标[10]、[11]、[12]。
细胞质膜在维持细胞稳态和介导基本生理功能（如细胞间通讯、信号转导和物质交换）中起着关键作用[13]、[14]。在恶性转化和炎症过程中，膜的结构和生化重塑（包括脂质组成、膜流动性和表面电荷的变化）经常被观察到[15]、[16]、[17]。这些变化改变了膜的局部粘度和极性，进而影响生化信号传导和细胞活力[18]、[19]。因此，实时探测这些动态的物理化学变化为评估细胞病理状态和区分正常细胞与恶性细胞提供了有力手段[20]、[21]。
荧光成像由于其高灵敏度和分子特异性，成为实时无创可视化细胞事件的不可或缺的工具[22]、[23]、[24]。然而，传统的荧光团存在聚集引起的淬灭（ACQ）、光稳定性差以及对环境波动响应不足的问题[25]、[26]。聚集诱导发光（AIE）发光体的出现彻底改变了生物成像领域[27]、[28]。与传统染料相比，AIE活性材料在聚集状态下由于分子内运动的限制而变得高度发光，使它们在复杂的生物环境中具有更优异的光稳定性和亮度[29]、[30]、[31]。将AIE特性与合理的分子工程相结合，可以构建出能够对粘度、极性和pH值变化具有异常敏感性的环境适应性探针[32]、[33]。
在这项工作中，我们设计并合成了一种新型的AIE活性两亲性荧光探针TPQ-S，该探针基于供体-π-受体（D-π-A）框架，整合了三苯胺、喹啉和磺酸基团。这种结构允许精细调节分子内电荷转移（ICT），并优化了溶解度，从而在水系统中产生显著的粘度依赖性发光和出色的光稳定性。引入磺酸基团增强了亲水性和与带负电荷的癌细胞膜的静电相互作用，促进了其在质膜表面的靶向积累。因此，TPQ-S对癌细胞具有高选择性，并对与炎症和致癌过程相关的微粘度变化表现出强烈的响应，使其成为高对比度肿瘤成像和实时可视化疾病相关微环境动态的有希望的分子工具。
部分摘录
化学试剂和仪器
所有试剂、仪器和详细的实验程序均描述在补充材料中。
TPQ-S的合成
TPQ-S是通过改进的文献方法合成的。该荧光探针由三苯胺、喹啉和磺酸组成。合成路线的详细信息见图2。相关化合物通过1H和13C核磁共振（NMR）以及高分辨率质谱（HRMS）进行了全面表征（内容4和5，补充信息）。
TPQ-S的光学分析
对于光学测量，TPQ-S被溶解
TPQ-S的设计与合成
我们设计并合成了一种基于AIE的、对粘度敏感的荧光探针TPQ-S，通过选择性靶向细胞质膜来区分正常细胞和癌细胞。TPQ-S探针包含三个关键组分：三苯胺、喹啉和磺酸，它们共同形成了独特的两亲性供体-π-受体（D-π-A）共轭结构。三苯胺（TPA）是一种优良的电子供体，广泛用于构建聚集诱导发光（AIE）分子。
结论
总之，我们成功设计并合成了一种新型的基于AIE的荧光探针，该探针使用了含有三苯胺、喹啉和磺酸基团的两亲性D-π-A结构。这种独特的设计使探针具有优异的水溶性、光稳定性以及对粘度和膜组成变化的强烈响应。探针表现出显著的光学性能，包括对粘度敏感的荧光响应和出色的光稳定性，使其成为理想的候选者
CRediT作者贡献声明
Mengqian Zhang：概念构思、方法论、实验研究、验证、数据分析、初稿撰写。Fengjun Hu：概念构思、方法论、实验研究、验证、数据分析、初稿撰写。Fawei Zhu：撰写、审稿与编辑、监督、资金筹集。Weikang Peng：方法论、实验研究、验证。Yucheng Huang：方法论、实验研究、验证。Lei Yang：概念构思、撰写、审稿与编辑、监督。Shusheng Zhang:
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们非常感谢中国自然科学基金（编号：22406079、22576090）的财政支持，同时感谢山东省自然科学基金（编号：ZR2022QB235、ZR2023QB159）的财政支持，以及山东省高校青年创新团队发展计划（编号：2023KJ219）和山东省自然科学基金重大基础研究项目（编号：ZR2023ZD27）的资助。
