新型生物正交四嗪荧光探针设计合成及在活细胞成像和微RNA检测的应用研究

Bioorthogonal chemistry, refers to chemical reactions that can take place within a physiological milieu with sufficient kinetics in a selective manner, is a new cutting-edge technology has been widely used for imaging, detection, diagnostics, drug delivery and biomaterials. Bioorthogonal fluorogenic probes which are an essential component of molecular probes, enable visualize a variety of biological events and signals at subcellular level. Our project aims to develop a panel of highly fluorogenic far-red and near-infrared tetrazine bioorthogonal probes with mega Stokes shift and novel skeletons. These probes and novel dienophiles enable to provide a powerful method to detect and quantitate endogenous microRNA in glioblastoma cell lines, lysates and patient derived fluids by using a templated bioorthogonal fluorogenic reaction. We believe our project will greatly facility the application of bioorthogonal chemistry in clinical fluorescence diagnostics and fluorescence image-guided oncologic surgery.

近年来，生物正交化学由于其高度的生物兼容性、反应特异性和高效性被广泛应用于影像、检测、诊断、药物传递和生物材料等重要生命科学领域。基于生物正交化学的荧光探针作为分子探针的重要组成部分，能够从分子水平探寻重要的细胞生命过程并实现荧光可视化。本项目拟开发一系列骨架新颖的四嗪类生物正交荧光探针，该类探针远红/近红外的发射波长和长斯托克位移等性质将弥补四嗪生物正交化学在此领域的空白。在此基础上，结合新颖的亲二烯体，开发核酸荧光探针并进行与重大疾病相关的microRNA专一性荧光早期检测和定量分析。此项目的开展将为生物正交技术用于临床疾病早期荧光诊断和实现对肿瘤或其他组织在手术中的可视化奠定坚实的基础。

在本项目资助下，我们首先建立了一种新型非对称、多官能团化四嗪的从头合成方法；利用这种新型的四嗪合成方法，我们获得了关键四嗪磷酸酯中间体，并开发温和的HWE反应对四嗪进行进一步衍生化。利用HWE反应我们成功构建了一系列新型四嗪荧光探针，这类荧光探针具有近红外发射、通过生物正交反应实现荧光强度近千倍增强，超过100nm的斯托克位移等性质。在此基础上，我们制备了对应的核酸探针荧光探针进行miRNA检测，正在生物样本上开展检测研究。本项目的开展首次获得通过四嗪生物反应在近红外光区实现数百倍荧光增强的系列探针，为后续的生物医学应用打下了坚实基础。