一种基于三苯胺的新型聚集诱导发光（AIE）探针，用于乳腺癌的体外和体内成像

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A novel triphenylamine-based aggregation-induced emission (AIE) probe for breast cancer imaging in vitro and in vivo

AIE-BC探针通过Suzuki耦合将三苯胺与双噻吩连接，具有优异光稳定性和生物相容性，能特异性被MCF-7乳腺癌细胞摄取并有效富集于肿瘤区域，为乳腺癌实时检测提供新工具。

　　

滕晓辉|王梦娇|杨宏毅|刘宏莉|唐楚|严蕾

厦门大学医学院妇女儿童医院，中国厦门361000

摘要

由于具有良好的光稳定性、高成像对比度和长时间的追踪能力，聚集诱导发光（AIE）探针在生物分析领域引起了极大的兴趣。在此，我们通过Suzuki偶联反应将三苯胺（TPA）与联噻吩结合，开发出一种新的AIE活性探针AIE-BC。AIE-BC表现出AIE特性、优异的光稳定性和卓越的生物相容性。流式细胞术分析显示AIE-BC被MCF-7细胞选择性摄取，这一结果通过共聚焦显微镜获得的清晰体外细胞图像得到了进一步验证。进一步的体内和体外成像研究表明AIE-BC能够有效积聚在肿瘤区域。总之，这项研究为乳腺癌的实时检测提供了一种有前景的AIE探针。

引言

荧光成像技术在过去的几十年里彻底改变了人们对化学和生物现象的机制理解[1]，由于其极高的灵敏度、时空分辨率和非侵入性[2]、[3]，已成为生命科学和医学发展的重要工具。基于荧光的生物分析和成像的有效性在很大程度上取决于所使用探针的性质。传统的荧光材料，如荧光素和花青素染料，虽然被广泛使用，但众所周知会因聚集而发生荧光淬灭（ACQ）[4]、[5]。在高浓度或生物环境中使用时，这些染料容易形成聚集体。荧光淬灭主要通过分子间的π-π堆叠作用实现非辐射能量耗散[6]、[7]。ACQ效应严重限制了可使用的标记浓度，降低了光稳定性，并需要繁琐的洗涤步骤来减少背景噪声[8]、[9]。

聚集诱导发光（AIE）的发现为开发具有强烈发光特性的探针开辟了新的途径，这与ACQ现象形成对比[10]、[11]。AIE发光体的特点是溶液中的荧光较弱，而在聚集体中荧光较强，这代表了与传统ACQ荧光团相反的光物理行为[12]、[13]、[14]。这种现象的根本机制主要是分子内运动受限（RIM）。这一过程涉及分子旋转（RIR）和振动（RIV）的抑制[15]、[16]、[17]。在溶液中，AIE发光体中芳香族转子的旋转运动是非辐射能量耗散的主要途径[18]、[19]。在分子聚集体中，受限的分子运动显著抑制了非辐射弛豫，从而使激发态能量以辐射形式释放，从而“开启”了荧光[20]。这一基本原理使得AIE发光体在需要高局部浓度的光谱应用中非常有前景。因此，AIE发光体在生物成像中提供了无与伦比的优势，如卓越的光稳定性、高信噪比和无需洗涤[21]、[22]。

三苯胺（TPA）是AIE发光体的一个重要构建模块，作为优良的电子供体。其非平面的螺旋形结构阻碍了π-π堆叠，同时促进了RIM过程[23]。此外，其合成多样性允许对其进行结构修饰，以微调其光物理性质。通过使用适当的电子受体单元（如联噻吩），可以创建供体-受体（D-A）系统[24]。由此产生的窄带隙有利于红移发射，适用于深层组织成像。此外，D-A系统可以提高分子对其微环境的敏感性，从而增强光谱传感能力[25]、[26]。

AIE研究取得了显著进展[27]、[28]、[29]、[30]；然而，仍迫切需要开发出具有明确光谱特性的新型AIE发光体，以用于特定的生物分析应用，如癌症检测和成像。在此，我们报道了一种AIE活性探针AIE-BC（图1），它是通过将TPA供体与联噻吩受体结合而成的。AIE-BC表现出优异的光学性质和生物相容性，可用于活细胞和小鼠模型中的乳腺癌（BC）成像。尽管已经设计了许多用于BC成像的TPA-AIE发光体（表S1），但大多数这些探针依赖于肿瘤微环境的特定性质进行激活（例如硝化还原酶[31]、粘度[32]、H₂S [33]、硫酸酯酶[34]和γ-谷氨酰转移酶[35]）或靶向修饰（例如组蛋白去乙酰化酶6 [36]、细胞膜[37]），或者通过共轭纳米颗粒（例如mPEG-SS-Poly共聚物[38]、外泌体-脂质体杂交体[39]）和自组装（例如聚乙二醇封装[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]）等方法直接制备成纳米探针。相比之下，AIE-BC是一种结构更简单的基于TPA的探针，无需靶向或笼化修饰，但仍具有天然的BC选择性和快速的细胞摄取能力。因此，AIE-BC是一种非常有前景的BC诊断用AIE活性探针。

探针AIE-BC的合成

将硼酸1（349毫克，1.0毫摩尔）、溴代醛2（273毫克，1.0毫摩尔）和Pd(PPh?)?（35毫克，0.03毫摩尔）在THF（20毫升）中混合，形成反应溶液。在惰性氩气保护下逐滴加入碳酸钾溶液（2摩尔/升，5毫升），然后将反应混合物加热至回流状态并搅拌12小时。冷却后的反应混合物用饱和NaCl水溶液（20毫升）稀释，并用CH?Cl?（25毫升×3次）萃取。之后在无水条件下干燥

合成与表征

我们通过Suzuki-Miyaura交叉偶联1和2成功合成了探针AIE-BC，具体步骤如方案S1所示。AIE-BC的结构通过FT-IR、NMR和HRMS光谱分析得到确认。AIE-BC的FT-IR光谱在1662、1504和1315厘米^?1处显示出特征吸收峰，表明存在CO、芳香CC和CN基团。AIE-BC的¹H NMR谱（图S2）中，甲氧基（-OCH₃）和甲酰基（-CHO）信号分别出现在3.80和9.84 ppm处

结论

总之，我们设计并合成了一种基于三苯胺的AIE探针AIE-BC，用于乳腺癌成像。AIE-BC表现出典型的AIE特性、优异的光稳定性和低细胞毒性，并能被MCF-7细胞选择性摄取。AIE-BC在检测肿瘤方面的卓越性能证明了其有效性。此外，血液生化分析和H&E染色图像显示AIE-BC具有出色的体内生物安全性。因此，这些结果支持

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了福建省自然科学基金（2024J08310）、福建省卫生健康科技项目（2024GGB28）、陕西省自然科学基础研究计划（项目编号2025JC-YBMS-909、2025JC-YBMS-1040）、广州市科技项目（项目编号202206010049）、广东省基础与应用基础研究基金（项目编号2025A1515010452）以及西安国际医学中心医院科研基金（项目编号2025MS02）的支持。