浙江大学刘建钊课题组和唐本忠、孙景志课题组Anal. Chem.:诊疗型AIE探针在对肿瘤辅助巨噬细胞的特异性识别、成像和光动力学治疗中的应用
【引言】
肿瘤细胞存在于复杂的微环境中。这种微环境包含血管,免疫细胞,骨髓来源的炎症细胞,淋巴细胞,信号分子和细胞外基质。在肿瘤部位的免疫细胞中,巨噬细胞特别丰富。他们存在于肿瘤生长的所有阶段。与其他细胞不同,巨噬细胞是高度极化的,并且可以通过局部微环境刺激从M0阶段极化到不同的亚型,即M1和M2。M1和M2巨噬细胞表现出截然不同的功能。经典的M1巨噬细胞可以增强免疫反应并抑制肿瘤生长;而M2巨噬细胞抑制抗肿瘤免疫应答并促进肿瘤生长和血管生成,称为肿瘤辅助巨噬细胞(TAMs)。有越来越多的生物学研究证据表明TAMs是癌症治疗的靶点。
基于之前的研究,TAMs的特异性识别和消除是提高癌症治疗效率的有效方式。 目前对TAMs的识别主要依赖于传统的生化手段,比如qRT-PCR,蛋白质印迹和生物标记物的免疫荧光染色。这些生物技术通常依赖于耗时的程序,昂贵的仪器和生物试剂,限制了其在快速体内检测中的应用。TAMs的治疗主要利用化学药物,但是化学治疗的疗效通常受到耐药性问题的限制。此外,最近的研究还表明,TAMs还与癌细胞的抗药性相关。因此化学疗法不是消除TAMs的有效方法。因此需要开发用于识别和消除TAMs的替代方法。
光动力疗法(PDT)使用光敏剂来实现其治疗目的,并具可以有效克服耐药性问题。光敏剂通过光照活化并产生活性氧(ROS),杀死恶性细胞。大多数光敏剂具有光致发光特性,能够在生命系统中以高分辨率跟踪特殊细胞或细胞过程。原则上,光敏剂可以设计成同时具有细胞成像和消除的双重功能。然而,传统光敏剂通常具有平面结构,倾向于通过π-π堆积形成聚集体并且遭受聚集引起的荧光猝灭(ACQ)。聚集不仅导致猝灭荧光,还导致ROS产率降低。 为了解决这些问题,科研工作者已经做出许多努力来解决ACQ光敏剂的聚集问题,但是成果很有限。
最近,具有聚集诱导发光(AIE)特征的荧光团引起了广泛的研究关注。与ACQ染料不同的是,AIE染料(AIEgens)是一系列具有螺旋桨形状的分子。当AIE染料以单分子形式溶解时,它们是不发光的;但当其形成聚集体时,由于分子内运动受限(RIM)而导致荧光增强。与ACQ染料相比,AIEgens通常具有更大的斯托克斯位移,并且可以容易地设计为用于具有高信噪比成像的点亮型探针。同时,AIEgens比ACQ染料具有更好的耐光漂白性,因为它们在聚集状态可以具有更高的工作浓度。此外,AIE光敏剂在聚集状态下显示出较高的ROS产率,并广泛应用于成像辅助的光动力学治疗中。
【成果简介】
近日,浙江大学刘建钊教授课题组、唐本忠院士和孙景志教授课题组、新加坡国立大学刘斌教授课题组合作设计并合成了一种诊疗型AIE探针,即TPE-Man,应用于TAMs的靶向成像和光动力学治疗中。TPE-Man由具有红光发射的AIE光敏剂和可以特异性靶向TAMs的α-甘露糖苷组成。TPE-Man显示出对TAMs的优异靶向特异性,这归因于甘露糖和CD206之间的特异性相互作用。通过流式细胞仪分析和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)成像确定成像的特异性。此外,TPE-Man应用于组织切片成像,并显示与商业抗体免疫染色具有显著的信号重叠,表明探针具有疾病诊断的潜力。在暴露于可见光照时,细胞内的TPE-Man产生ROS可以有效地杀死TAMs。该成果以题为“Specific Targeting, Imaging, and Ablation of Tumor-Associated Macrophages by Theranostic Mannose-AIEgen Conjugates”发表在Anal. Chem.上。
【图文导读】
Scheme 1.TPE-Man探针在对肿瘤辅助巨噬细胞的特异性识别、成像和光动力学治疗中的应用
Scheme 2.M0和TAMs的培育示意图
Figure 1.滴定实验
(a,d).TPE-Man和TPE-Gal分别对Con A和PNA的浓度响应
(b,e).I/I0-1随凝集素浓度的变化
(c,f).TPE-Man和TPE-Gal对Con A和PNA的特异性
Figure 2.TPE-Man对TAMs的特异性识别
(a).qRT-PCR对M0和TAMs中标记物含量的测定
(b).TPE-Man和TPE-Gal分别对M0和TAMs的成像
(c).用TPE-Man分别处理M0和TAMs后的流式细胞仪分析
Figure 3.TPE-Man对TAMs上CD206的特异性识别
(a-c).不同浓度甘露糖预处理TAMs后的荧光成像
(d-f).不同浓度甘露糖预处理M0后的荧光成像
Figure 4.TPE-Man对TAMs的特异性识别
(a).TPE-Man的吸收和发射光谱
(b,c).TPE-Man和商业染料的光稳定性对比
Figure 5.TPE-Man与免疫荧光的信号对比
Figure 6.TPE-Man对TAMs的光动力学治疗
(a).TAMs负载不同浓度的TPE-Man的细胞存活率
(b-d).TAMs负载不同浓度的TPE-Man的活死细胞染色
【小结】
在这个工作中,作者设计合成了一种甘露糖修饰的AIE荧光探针(TPE-Man),可用于TAMs的靶向性成像和光动力学治疗中。TPE-Man是由发红色荧光的AIE光敏剂和两个可以特异性靶向TAMs表面膜蛋白的α-甘露糖苷组成。α-甘露糖苷可以特异性靶向CD206(也称为甘露糖受体蛋白),而CD-206在TAMs细胞膜表面过量表达,因此TPE-Man可以特异性识别TAMs。从流式细胞仪和激光扫描共聚焦显微镜获得的数据证实了TPE-Man可以特异性识别TAMs。同时,TPE-Man也应用于组织切片染色,并显示与商业抗体染色的信号重叠度极高,说明TPE-Man可以替代抗体应用于疾病识别中。将负载TPE-Man的TAMs暴露于光照下,TPE-Man产生的ROS可以有效地杀死TAMs,达到预期的治疗效果。因此,我们认为我们成功开发了一种具有AIE活性的荧光探针,可以实现对TAMs的靶向成像和光动力学治疗。
(Anal. Chem., 2019, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b01053)
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