Флуоресцентные красители с индуцированной агрегацией эмиссией — новые зонды для диагностики и терапии рака

Флуоресцентные наночастицы, нагруженные органическими светоизлучающими красителями, могут изменить технологии визуализации в живых организмах. В отличие от неорганических квантовых точек, эти оптически стабильные материалы нетоксичны и легко модифицируются функциональными группами, что идеально для таргетирования конкретных тканей.

Однако традиционные красители при высокой концентрации в наночастицах агрегируют и теряют интенсивность свечения. Чтобы решить эту проблему, команда под руководством Бин Лю и Бен Чжун Тана из Института исследований и инженерии материалов A*STAR создала семейство красителей, флуоресценция которых усиливается при агрегации.

Принцип работы

В основе традиционных красителей — плоский хромофор трифениламин-модифицированный дицианометилен, который в разбавленных растворах излучает красный свет, но слабо флуоресцирует в агрегированном состоянии. «Близкое соседство хромофоров вызывает тушение флуоресценции из-за нетепловых путей», — объясняет Лю.

Исследователи обратили этот феномен, присоединив к концам хромофора пропеллерообразные тетрафенилэтеновые фрагменты. В отличие от плоских соединений, форма «пропеллеров» предотвращает сильные стэкинг-взаимодействия между хромофорами, блокируя процесс тушения из-за агрегации. Кроме того, физическое ограничение не позволяет «пропеллерам» свободно вращаться, что и позволяет излучать свет.

Создание и тестирование зондов

Команда сформулировала красители в матрице из бычьего сывороточного альбумина (BSA) — биосовместимого и клинически используемого полимера — и оценила их работу как зондов. Эксперименты показали, что длина волны максимума излучения наночастиц не меняется при инкапсуляции, а интенсивность излучаемого света растет с увеличением загрузки красителем.

Визуализация живых клеток рака молочной железы показала, что наночастицы дают более интенсивное и однородно распределенное красное свечение в цитоплазме, чем свободные агрегаты. Это говорит о том, что BSA усиливает поглощение красителей клетками. Наночастицы также оказались оптически стабильны в биологических средах и показали хорошую биосовместимость.

Исследования in vivo

Исследователи внутривенно ввели наночастицы мышам с опухолью печени. В отличие от свободных агрегатов, наночастицы селективно накапливались в опухоли, четко выделяя раковую ткань у животных. «Эта демонстрация открывает новые возможности для изучения подобных диагностических зондов с потенциальным клиническим применением», — говорит Лю.

Перспективы

Сейчас команда исследует биологические зонды с излучением в ближней инфракрасной области для таргетированной визуализации опухолей in vivo. Наночастицы также можно использовать для изучения метастазирования рака или судьбы трансплантированных стволовых клеток. «Эти зонды перспективны для мультимодальной визуализации в сочетании с реагентами для магнитно-резонансной томографии или ядерной визуализации», — отмечает Лю.