新型近红外荧光探针 TPC-AN 助力脂滴成像与癌症诊断

来自中国的研究人员合成新型脂滴（LDs）荧光探针 TPC-AN，实现高特异性成像及癌细胞鉴别。

　　脂滴（Lipid droplets，LDs）是细胞内储存脂质的重要细胞器，与多种代谢紊乱疾病和癌症密切相关。荧光成像为研究脂滴提供了强大的非侵入性实时研究方法，但现有的许多探针存在非特异性染色和聚集诱导猝灭（Aggregation-caused quenching，ACQ）问题，影响成像特异性和对比度。

在这项研究中，研究人员合成了一种新型脂滴荧光探针 TPC-AN。它具有近红外发射、大斯托克斯位移、高亲脂性、极性响应和聚集诱导发光（Aggregation-induced emission，AIE）等特性。TPC-AN 有效解决了传统探针常见的非特异性染色和 ACQ 问题，能够实现脂滴的高特异性、高对比度成像。利用 TPC-AN，研究人员对多种细胞中的脂滴进行成像，并通过脂滴荧光面积和强度的差异，实现了癌细胞与正常细胞的双参数鉴别。

这项工作为研究疾病中的脂滴提供了有力工具，也为癌症诊断提供了可靠方法。TPC-AN 具有出色的脂滴特异性、低细胞毒性和双参数成像能力。

脂滴在脂质代谢、能量平衡和细胞信号传导中发挥着关键作用。其异常与肥胖、糖尿病、心血管疾病和肝脏疾病等多种代谢紊乱相关。在癌症研究中，脂滴的重要性日益凸显。癌细胞中的脂滴数量和大小通常显著增加，它们不仅是能量储备，还在癌细胞的存活、增殖、迁移和侵袭过程中发挥重要作用。因此，开发高效、特异性的脂滴可视化方法，对于阐明脂滴在癌症等疾病中的作用机制，以及促进早期诊断和疾病监测至关重要。

荧光成像凭借其高时空分辨率、非侵入性和实时动态监测能力，成为脂滴研究的理想工具。有效的脂滴荧光成像依赖于具有特定靶向能力的高性能探针。由于脂滴内部的疏水性低极性环境，一些带有疏水基团的脂滴探针被开发出来，如 LD-BTD1、NIM-3A、NIM-7、TCF-AN、CCB、DBC30、Lipi-EP、Lipi-DSBOMe、TP-LDP、LD-TCF、BA-TPZ、TPA-SO₂ 等。其中，LD-BTD1、TCF-AN 和 LD-TCF 的亲脂性较低，CLogP 值小于 4.84，靶向特异性和成像对比度相对较差，这表明高亲脂性（高 ClogP 值）意味着更好的脂滴靶向能力。然而，探针的高亲脂性可能导致传统荧光探针常见的 ACQ 效应，使荧光强度显著降低，影响成像质量，甚至可能产生假阴性结果。相比之下，具有 AIE 特性的荧光分子在聚集或固态时荧光显著增强，有效解决了 ACQ 问题。因此，一些基于 AIE 的脂滴荧光探针被开发出来，如 TPA-BI、NAP-Ph、LDs-BCA、TBPCPP 和 TPE-BD 等。但这些基于 AIE 的探针都在可见光区域发射，可能受到生物样品中自发荧光的干扰。所以，迫切需要开发具有近红外发射、高亲脂性和 AIE 特性的新型荧光探针用于脂滴成像。

研究人员设计并合成了用于脂滴成像的新型近红外 AIE 荧光探针 TPC-AN。该探针具有极高的亲脂性（CLogP = 8.65）和 AIE 特性，在增强脂滴靶向效率的同时，有效抑制了高浓度下的 ACQ。此外，对极性敏感的 TPC-AN 在低极性的脂滴中荧光强，在细胞其他区域荧光弱，进一步提高了脂滴成像的灵敏度和对比度。同时，TPC-AN 的供体 -π- 受体（Donor-π-Acceptor，D-π-A）结构使其在 688nm 处实现强烈的近红外发射，斯托克斯位移达 159nm。与商业脂滴染料和大多数脂滴探针相比，TPC-AN 具有出色的脂滴靶向能力和光物理性质，显著提高了脂滴成像的精度和可区分性。基于 TPC-AN，研究人员成功通过脂滴荧光面积和强度的差异，实现了癌细胞与正常细胞的双参数鉴别。

实验中，除非另有说明，均使用超纯水，溶剂为光谱纯。研究中使用的所有仪器在支持信息中进行了说明。TPC-AN 的合成路线参考方案 S1，最后步骤如下：将化合物 1（0.224g，1.2mmol）和化合物 4（0.484g，1mmol）加入 10mL 乙醇中，然后加入催化量的哌啶。混合物在氮气保护下，于 80°C 回流 12 小时。

香豆素因其出色的光学性质、良好的生物相容性和易于结构修饰的特点，被广泛应用于荧光探针的构建。D-π-A 荧光探针通过增强供电子和吸电子能力，可以实现大斯托克斯位移和长波长发射。二苯胺、三苯胺和四苯乙烯常用作 AIE 特征基团，它们都是电子……（此处原文未写完相关内容）

总之，研究人员开发了一种具有 AIE 特性的新型近红外荧光探针 TPC-AN，用于脂滴的特异性和灵敏成像。该探针具有高亲脂性、大斯托克斯位移、出色的光稳定性和低细胞毒性。它还表现出极性依赖的荧光响应：在低极性环境中荧光强，在高极性环境中荧光弱。这些特性使得在各种生理状态下都能实现脂滴的高对比度可视化。值得注意的是，TPC-AN 能够有效地……（此处原文未写完相关内容）

论文作者贡献声明：Cong Liu 负责撰写初稿、可视化、验证、软件、方法学、调查、形式分析和概念化；Shan He 负责软件方面工作；Xiao-Feng Guo 负责撰写评审与编辑、监督、资源获取和资金获取；Hong Wang 负责撰写评审与编辑、监督、资源获取和资金获取。

利益冲突声明：作者声明他们不存在已知的可能影响本文所报道工作的财务利益或个人关系冲突。

致谢：本研究得到了中国国家自然科学基金（No. 32070398）和湖北省自然科学基金（No. 2022CFB232）的支持。