开发用于肿瘤微环境成像的pH敏感荧光探针

目的·合成水溶性pH响应性花菁类近红外荧光探针,评估其光学性能,并将其应用于模拟肿瘤微环境的在体成像.方法·应用两步经典的化学反应,合成水溶性pH响应性近红外荧光探针R2S,同步合成脂溶性探针R2Z作为对照.应用磁共振氢谱、质谱及高效液相色谱验证探针的化学结构及纯度.利用紫外-可见、光致发光光谱学测试评价探针的pH响应性、响应可逆性、光稳定性及结构稳定性.利用细胞荧光共定位成像评价探针的细胞膜通透性,使用HCT-116细胞、HeLa细胞进行细胞毒性实验,使用BALB/c健康雌性小鼠进行小动物在体成像实验,评估探针的安全性.通过在小鼠背部左侧和右侧分别皮下注射pH 6.50和pH 7.40的PBS溶液模拟肿瘤微酸性环境和正常的细胞环境,随后注射探针R2S进行在体成像实验,比较R2S在pH 6.50侧和pH 7.40侧的荧光强度.结果·成功合成了水溶性pH响应性近红外荧光探针R2S及其脂溶性类似物R2Z.随着溶液酸性逐渐增强(从pH 11.10到pH3.47),R2S的最大吸收波长由642 nm红移至774 nm,最大发射波长亦由794 nm红移至808 nm.探针R2S的酸解离常数(pKa)值约为6.88.与脂溶性探针R2Z相比,R2S在保留了较好细胞膜通透性的前提下,展现出更大的斯托克斯位移、更好的响应可逆性、更高的稳定性.R2Z在12.5μmol/L浓度下,细胞相对存活率低于80％;而R2S在100μmol/L浓度下,仍未表现出明显的细胞生长抑制现象,表明其具有更高的生物安全性.R2S在模拟肿瘤微酸性环境的低pH组织和正常pH组织中的成像具有明显的区分度.结论·水溶性pH响应性花菁类近红外荧光探针R2S对pH变化响应灵敏、稳定,最佳响应范围与肿瘤所处微环境的pH相符,在肿瘤成像领域展现出了较强的在体成像应用潜力.