多尺度分子工程协同调控双模态比率探针用于肿瘤相关巨噬细胞复极化的精准监测

本文推荐一种基于多尺度化学调控策略的近红外(NIR)比率型荧光(FL)/光声(PA)双模态探针TPcy。该探针通过六元环中心氰胺骨架与N-亚硝化响应位点的协同设计，实现一氧化氮(NO)驱动光谱信号显著红移；磺酸侧链的引入同步提升生物相容性与响应速率。靶向单元马来酰亚胺介导的蛋白共价偶联实现了肿瘤原位锚定与微环境富集。TPcy通过时空分辨双模态成像动态追踪免疫治疗触发的M2→M1型巨噬细胞复极化，揭示免疫激活与治疗效果的关联性，为精准免疫治疗提供高精度分子成像工具。

　　

Highlight

本研究通过多层化学设计构建了共价蛋白偶联型NO触发近红外(NIR)比率荧光(FL)/光声(PA)双模态探针TPcy。其化学设计策略通过多级协同优化解决了靶向性、信号可靠性及体内相容性难题：(1) 电子调控与传感模块构建：基于氰胺骨架的N-亚硝化反应驱动电子推拉系统，实现NO响应后光谱信号>150 nm红移；(2) 分子尺度性能增强：六元环中心结构与磺酸侧链使响应速率提升8倍，量子产率提高至0.28；(3) 靶向递送系统：马来酰亚胺共价偶联血清白蛋白，实现肿瘤部位探针浓度较传统探针提高3.2倍。

Characterizations

核磁共振氢谱(¹H NMR)和碳谱(¹³C NMR)使用BRUKER-400谱仪测定，质谱(MS)通过飞行时间质谱仪(Bruker micrOTOF II)获取。紫外-可见(UV-vis)吸收光谱采用岛津UV-1750测定，荧光光谱通过HORIBA FL-3荧光光谱仪采集。蛋白质印迹(WB)分析使用syngene凝胶成像系统完成。

Rational Design of Multiscale Molecular Engineering Probe TPcy

首先基于N-亚硝化反应在氰胺染料骨架上构建电子推拉策略的比率型NO传感平台(图1a)。通过甲基胺取代反应获得系列探针(方案S1)，其中大共轭体系仲胺作为电子供体，N-亚硝基作为强吸电子基团，触发分子内电荷转移(ICT)效应。光谱筛选发现六元环中心结构(Pcy-3)的响应半衰期仅2.3分钟，较五元环类似物提速8倍。密度泛函理论(DFT)计算表明该结构具有更窄的能隙(ΔE=1.78 eV)，促使NO响应后吸收峰从680 nm红移至830 nm。

Conclusion

TPcy探针通过(1)氰胺骨架电子调控、(2)磺酸侧链生物相容性改造、(3)白蛋白靶向递送系统的三级分子工程优化，实现了对肿瘤免疫治疗中巨噬细胞复极化过程的动态可视化追踪。该工作建立了从分子反应性到免疫动态的多尺度关联框架，为发展精准免疫治疗监测工具提供了普适性化学设计范式。