浙江大學劉建釗課題組和唐本忠、孫景志課題組Anal. Chem.:診療型AIE探針在對腫瘤輔助巨噬細胞的特異性識別、成像和光動力學治療中的應用

【引言】

腫瘤細胞存在于復雜的微環境中。這種微環境包含血管，免疫細胞，骨髓來源的炎癥細胞，淋巴細胞，信號分子和細胞外基質。在腫瘤部位的免疫細胞中，巨噬細胞特別豐富。他們存在于腫瘤生長的所有階段。與其他細胞不同，巨噬細胞是高度極化的，并且可以通過局部微環境刺激從M0階段極化到不同的亞型，即M1和M2。M1和M2巨噬細胞表現出截然不同的功能。經典的M1巨噬細胞可以增強免疫反應并抑制腫瘤生長；而M2巨噬細胞抑制抗腫瘤免疫應答并促進腫瘤生長和血管生成，稱為腫瘤輔助巨噬細胞（TAMs）。有越來越多的生物學研究證據表明TAMs是癌癥治療的靶點。

基于之前的研究，TAMs的特異性識別和消除是提高癌癥治療效率的有效方式。 目前對TAMs的識別主要依賴于傳統的生化手段，比如qRT-PCR，蛋白質印跡和生物標記物的免疫熒光染色。這些生物技術通常依賴于耗時的程序，昂貴的儀器和生物試劑，限制了其在快速體內檢測中的應用。TAMs的治療主要利用化學藥物，但是化學治療的療效通常受到耐藥性問題的限制。此外，最近的研究還表明，TAMs還與癌細胞的抗藥性相關。因此化學療法不是消除TAMs的有效方法。因此需要開發用于識別和消除TAMs的替代方法。

光動力療法（PDT）使用光敏劑來實現其治療目的，并具可以有效克服耐藥性問題。光敏劑通過光照活化并產生活性氧（ROS），殺死惡性細胞。大多數光敏劑具有光致發光特性，能夠在生命系統中以高分辨率跟蹤特殊細胞或細胞過程。原則上，光敏劑可以設計成同時具有細胞成像和消除的雙重功能。然而，傳統光敏劑通常具有平面結構，傾向于通過π-π堆積形成聚集體并且遭受聚集引起的熒光猝滅（ACQ）。聚集不僅導致猝滅熒光，還導致ROS產率降低。 為了解決這些問題，科研工作者已經做出許多努力來解決ACQ光敏劑的聚集問題，但是成果很有限。

最近，具有聚集誘導發光（AIE）特征的熒光團引起了廣泛的研究關注。與ACQ染料不同的是，AIE染料（AIEgens）是一系列具有螺旋槳形狀的分子。當AIE染料以單分子形式溶解時，它們是不發光的；但當其形成聚集體時，由于分子內運動受限（RIM）而導致熒光增強。與ACQ染料相比，AIEgens通常具有更大的斯托克斯位移，并且可以容易地設計為用于具有高信噪比成像的點亮型探針。同時，AIEgens比ACQ染料具有更好的耐光漂白性，因為它們在聚集狀態可以具有更高的工作濃度。此外，AIE光敏劑在聚集狀態下顯示出較高的ROS產率，并廣泛應用于成像輔助的光動力學治療中。

【成果簡介】

近日，浙江大學劉建釗教授課題組、唐本忠院士和孫景志教授課題組、新加坡國立大學劉斌教授課題組合作設計并合成了一種診療型AIE探針，即TPE-Man，應用于TAMs的靶向成像和光動力學治療中。TPE-Man由具有紅光發射的AIE光敏劑和可以特異性靶向TAMs的α-甘露糖苷組成。TPE-Man顯示出對TAMs的優異靶向特異性，這歸因于甘露糖和CD206之間的特異性相互作用。通過流式細胞儀分析和共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）成像確定成像的特異性。此外，TPE-Man應用于組織切片成像，并顯示與商業抗體免疫染色具有顯著的信號重疊，表明探針具有疾病診斷的潛力。在暴露于可見光照時，細胞內的TPE-Man產生ROS可以有效地殺死TAMs。該成果以題為“Specific Targeting, Imaging, and Ablation of Tumor-Associated Macrophages by Theranostic Mannose-AIEgen Conjugates”發表在Anal. Chem.上。

【圖文導讀】

Scheme 1.TPE-Man探針在對腫瘤輔助巨噬細胞的特異性識別、成像和光動力學治療中的應用

Scheme 2.M0和TAMs的培育示意圖

Figure 1.滴定實驗

(a,d).TPE-Man和TPE-Gal分別對Con A和PNA的濃度響應

(b,e).I/I₀-1隨凝集素濃度的變化

(c,f).TPE-Man和TPE-Gal對Con A和PNA的特異性

Figure 2.TPE-Man對TAMs的特異性識別

(a).qRT-PCR對M0和TAMs中標記物含量的測定

(b).TPE-Man和TPE-Gal分別對M0和TAMs的成像

(c).用TPE-Man分別處理M0和TAMs后的流式細胞儀分析

Figure 3.TPE-Man對TAMs上CD206的特異性識別

(a-c).不同濃度甘露糖預處理TAMs后的熒光成像

(d-f).不同濃度甘露糖預處理M0后的熒光成像

Figure 4.TPE-Man對TAMs的特異性識別

(a).TPE-Man的吸收和發射光譜

(b,c).TPE-Man和商業染料的光穩定性對比

Figure 5.TPE-Man與免疫熒光的信號對比

Figure 6.TPE-Man對TAMs的光動力學治療

(a).TAMs負載不同濃度的TPE-Man的細胞存活率

(b-d).TAMs負載不同濃度的TPE-Man的活死細胞染色

【小結】

在這個工作中，作者設計合成了一種甘露糖修飾的AIE熒光探針（TPE-Man），可用于TAMs的靶向性成像和光動力學治療中。TPE-Man是由發紅色熒光的AIE光敏劑和兩個可以特異性靶向TAMs表面膜蛋白的α-甘露糖苷組成。α-甘露糖苷可以特異性靶向CD206（也稱為甘露糖受體蛋白），而CD-206在TAMs細胞膜表面過量表達，因此TPE-Man可以特異性識別TAMs。從流式細胞儀和激光掃描共聚焦顯微鏡獲得的數據證實了TPE-Man可以特異性識別TAMs。同時，TPE-Man也應用于組織切片染色，并顯示與商業抗體染色的信號重疊度極高，說明TPE-Man可以替代抗體應用于疾病識別中。將負載TPE-Man的TAMs暴露于光照下，TPE-Man產生的ROS可以有效地殺死TAMs，達到預期的治療效果。因此，我們認為我們成功開發了一種具有AIE活性的熒光探針，可以實現對TAMs的靶向成像和光動力學治療。

Specific Targeting, Imaging, and Ablation of Tumor-Associated Macrophages by Theranostic Mannose-AIEgen Conjugates

(Anal. Chem., 2019, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b01053)

本文由材料人學術組tt供稿，材料牛整理編輯。?

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。?

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu，我們會邀請各位老師加入專家群。