高灵敏度拉曼探针检测异质组织中的酶表达

Tokyo Tech 研究人员通过使用一种新的拉曼信号激活机制开发基于 9CN-rhodol 的可激活拉曼探针，证明拉曼成像比荧光成像具有更大的检测多种酶活性的潜力。该策略允许合成具有高聚合和多路复用能力的高度可激活的拉曼探针，使其成为扩展拉曼探针范围以检测异质生物组织中多种酶活性的有前途的工具。

酶参与广泛的生物活动，使它们成为检测疾病的理想生物标志物。事实上，癌症特异性诊断技术使用荧光成像来检测受影响细胞中上调的癌症相关酶。此外，由于肿瘤组织是异质的，同时检测多种酶活性可以实现精确的癌症可视化和诊断。然而，无法检测多种酶活性可能会限制荧光成像在异质性肿瘤组织和其他复杂生物现象中的应用。

作为替代方案，拉曼光谱成像的较窄光谱宽度为分子探针的多重生物成像提供了希望。多年来，已经开发了几种用于检测生物分析物的功能性和可激活的拉曼探针(染料)，但用于检测酶活性的探针(染料)受到限制。此外，以前的设计策略未能控制这些探针酶产生的水解产物的扩散，因此难以区分组织中具有目标酶活性的区域。

在此背景下，由东京工业大学(Tokyo Tech)的 Mako Kamiya 教授和助理教授 Hiroyoshi Fujioka 领导的日本研究小组最近报道，从基于聚集的荧光探针中获得灵感，一种新的分子设计策略用于合成基于 9CN-rhodol 的可激活拉曼探针。他们的研究发表在化学学会杂志 上。

Kamiya 教授解释了对羟基苯甲酸衍生物作为分子支架的选择，他说：“Hiroyoshi 发现，在第九位带有腈基的对羟基苯甲酸衍生物 (9CN-rhodols) 和净电荷为零表现出单个尖锐的拉曼峰并具有更高的聚集性在水溶液中的能力优于带正电荷的 9CN-pyronins。因此，我们使用 9CN-rhodol 支架染料来制造拉曼探针，这种探针可以表现出高灵敏度，并在分子吸收中向共振拉曼效应区域发生红移，并在与目标酶相互作用时形成聚集。”

据此，该团队首先合成了9CN-rhodol衍生物，并选择了9CN-JR和9CN-JCR两种衍生物作为设计可激活拉曼探针的候选物。然后，他们使用双色受激拉曼散射 (SRS) 成像技术测试了两种探针在活细胞中的酶检测性能。在这两者中，9CN-JCR 成为更好、更明亮的多路复用探针。

接下来，该团队用 Carbon-13 ( 13 C) 和 Nitrogen-15 ( 15 N)同位素标记 9CN-JCR 支架的腈基，然后创建了两个新的同位素编辑的 9CN-JCR 探针，用于 γ-谷氨酰转肽酶和二肽基肽酶-4 酶。这套新的基于 9CN-JCR 的探针随后能够同时检测活细胞培养物中所有这些酶的活性。

此外，探针允许对果蝇翼盘和脂肪体中表达靶酶活性的不同细胞区域进行离体成像。9CN-JCR 探针表现出的高空间选择性和灵敏度归因于支架染料的电子预共振效应和探针-靶细胞相互作用形成的水解产物的聚集体形成。

基于 rhodol 的探针可以在与酶反应时聚集，提高它们在细胞内的保留，并增加酶检测过程中的 SRS 信号强度。

总之，本研究中展示的简便策略可以促进高度特异性可激活拉曼探针的开发，用于同时检测多种酶活性。“我们基于聚合的拉曼探针分子设计策略将为涉及与疾病和基本生物活动相关的酶活性研究的应用提供巨大优势，”Kamiya 教授总结道。

该项目是与东京大学的 Yasuyuki Ozeki 教授合作进行的。

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