乏氧是多数实体肿瘤的常见症状，主要是因为肿瘤快速增殖引起的耗氧量增加和肿瘤脉管系统改变导致的供氧不足。而且乏氧环境的出现与肿瘤转移增强，以及对放疗、化疗和光动力治疗的抗性增加有关。因此，精准的乏氧检测与成像是肿瘤诊断及合理制定治疗方案的一个重要指标。

常见的乏氧成像策略是将探针与乏氧响应基团共价相连，如硝基、醌、偶氮等。以偶氮体系为例，偶氮基团的构象变化会迅速消耗激发态能量，因此偶氮修饰的探针几乎不发射荧光；而在乏氧环境下，偶氮键被还原断裂，探针发射出固有的荧光信号，达到选择性成像的目的。共价方法纵然有效，但在有些体系中面临着分子设计复杂和合成分离耗时且成本高等问题。

作为共价策略的补充，致力于分子间非共价相互作用的超分子化学代表着构筑刺激响应生物医用材料的另一策略，具有操作简便和通用性等特点。近日，南开大学郭东升教授课题组基于主客体化学的理念，开发了一种新的非共价策略用于乏氧成像。其设计思路是将荧光探针包结进入偶氮大环空腔，主客体络合导致荧光淬灭；遇到乏氧环境，偶氮大环被还原破坏，导致探针的释放并伴随着荧光恢复，从而实现乏氧选择性成像。

经筛查，他们选用了商品化荧光探针罗丹明123作为客体，制备简单的羧基修饰偶氮杯[4]芳烃作为主体，构建了用于乏氧检测的荧光主客体对。首先，通过荧光光谱、核磁波谱和计算模拟研究了主客体络合行为及其导致的光物理变化，发现偶氮杯芳烃强键合罗丹明123并显著淬灭其荧光。这能有效避免探针脱靶泄露和消除成像背景噪音。他们进而在缓冲溶液中模拟乏氧环境，定量考察了化学还原剂连二亚硫酸钠和还原酶触发的主体还原、客体释放和荧光恢复等关键参数。最后，他们将该荧光主客体对应用于细胞成像，实现了细胞内乏氧检测，概念性验证了所提出非共价乏氧成像策略的可行性。

与广泛研究的共价策略相比，作者提出的非共价策略具有一些内在优势：(1) 直接使用商品化探针，无需额外化学合成；(2) 探针的“无痕迹”释放，其光物理性质保持高保真度；(3) 具有通用性，易于更换其它探针甚至临床药物以实现平台化。该非共价策略可以拓展到其它偶氮大环体系，并且除用于乏氧成像外，还可用于乏氧响应的药物递送，具有广阔的诊断和治疗应用前景。值得一提的是，目前虽然已报道1200多个含偶氮的大环分子，这还是开发其乏氧响应功能的首例。总之，作者不仅提出了一种乏氧成像与治疗的新策略，同时也为偶氮大环化合物的生物医药应用开辟了新道路。

相关结果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章第一作者为博士生耿文超。

该论文作者为：Wen-Chao Geng, Shaorui Jia, Zhe Zheng, Zhihao Li, Dan Ding, Dong-Sheng Guo*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

A Noncovalent Fluorescence Turn-on Strategy for Hypoxia Imaging

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201813397

导师介绍

郭东升

https://www.x-mol.com/university/faculty/11835