活體深層**成像與**是**臨床診療的重點(diǎn)和難點(diǎn)。光聲成像(PAI)結(jié)合了光學(xué)成像高對(duì)比度和超聲成像高空間分辨率的優(yōu)點(diǎn),無損傷無輻射可提供高特異性的組織影像,特別是近紅外二區(qū)(NIR-II)PAI,穿透力強(qiáng)成像信噪比高,可對(duì)活體深層**進(jìn)行高分辨率成像,是PAI乃至醫(yī)學(xué)影像發(fā)展的趨勢(shì)。如何構(gòu)建在NIR-II有強(qiáng)吸收且分散性及生物安全性優(yōu)良的光熱試劑是制約該領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。有機(jī)共軛聚合物對(duì)近紅外光有強(qiáng)吸收,且光熱性能穩(wěn)定,生物相容性高,但現(xiàn)有的聚合物制備復(fù)雜且溶解性差,活體應(yīng)用前還需繁瑣的提純和修飾。
細(xì)胞內(nèi)界面限域的酶控制了一系列復(fù)雜**的化學(xué)反應(yīng),而在體外引入尺寸多變且易于修飾的囊泡,可促進(jìn)和指導(dǎo)酶促反應(yīng)。與注重反應(yīng)設(shè)計(jì)的有機(jī)化學(xué)不同,酶促反應(yīng)屬于自由基耦合反應(yīng),反應(yīng)過程往往更為精巧復(fù)雜。利用囊泡界面的模板功能,輔助非特異性氧化還原酶(如辣根過氧化物酶(HRP)和漆酶)催化氧化非天然底物,可為有機(jī)合成和納米材料的制備提供一種綠色溫和**的替代方案。
聚苯胺被報(bào)道有光熱性能的有機(jī)共軛聚合物,然而至今卻尚未有關(guān)于聚苯胺在NIR-II光熱性能或PAI的研究。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院譚蔚泓院士和李娟教授課題組通過囊泡表面限域的酶促聚合反應(yīng),**控制苯胺單體自由基的非酶耦合,得到包裹在囊泡外的線性導(dǎo)電聚苯胺。在此反應(yīng)中,陰離子囊泡不僅可以加速反應(yīng)速率(預(yù)先吸附陽離子單體(苯胺)和酶(HRP),使酶促反應(yīng)更**地在囊泡表面進(jìn)行),還可指導(dǎo)反應(yīng)路徑(促進(jìn)單體自由基的線性首尾耦合,**枝化耦合);聚合反應(yīng)結(jié)束后,囊泡與聚苯胺通過靜電吸附和氫鍵緊密結(jié)合,同時(shí)作為摻雜酸使聚苯胺穩(wěn)定地分散在水溶液中,有利于其后續(xù)加工與應(yīng)用。相比之下,不含囊泡時(shí),苯胺自由基的雜亂耦合會(huì)產(chǎn)生枝化低聚產(chǎn)物的棕色沉淀。因此,囊泡提供的微環(huán)境(富含磺酸基的分散性軟界面)不僅加速和指導(dǎo)了酶促反應(yīng)進(jìn)程,還改變了聚合產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)。
該反應(yīng)操作簡(jiǎn)單,反應(yīng)過程溫和**,所得聚苯胺在NIR-II有強(qiáng)吸收、分散性優(yōu)良、光熱性能穩(wěn)定、安全性高于苯胺低聚物(Langmuir 2018, 34, 9153-9166),用細(xì)胞培養(yǎng)基稀釋后可直接進(jìn)行活體靜脈注射,實(shí)現(xiàn)活體深層**的成像與**。同時(shí),聚苯胺的摻雜特性賦予其pH響應(yīng)的光熱性能,使其在**酸性微環(huán)境下產(chǎn)生較好的成像和**效果,對(duì)正常組織幾乎沒有偽信號(hào)和誤傷。最后,**處的升溫提高了囊泡膜流動(dòng)性,有利于其內(nèi)部**釋放,實(shí)現(xiàn)**的協(xié)同**。
囊泡作為常見的隔室模型和遞藥載體,其指導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的研究還相對(duì)較少。該工作報(bào)道了利用囊泡界面限域的酶促反應(yīng)制備醫(yī)用納米材料,為界面限域酶促反應(yīng)的應(yīng)用和醫(yī)用功能材料的制備提供了新思路。同時(shí),囊泡介導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)反過來也會(huì)引發(fā)囊泡的增長(zhǎng)分裂甚至運(yùn)動(dòng),這值得今后更多的基礎(chǔ)研究。該工作發(fā)表在Small上(DOI:10.1002/smll.202001177),**作者為上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后張亞,感謝蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)Peter Walde教授的討論與幫助。