水溶性钌(II)配合物探针实现肿瘤细胞氧化还原酶hNQO1的高灵敏度荧光成像

本研究针对肿瘤标志物hNQO1检测中传统方法无法实时活体监测的难题，开发了新型水溶性钌(II)配合物荧光探针[Ru(TLQ-PIPY)(bipy)2]2+。该探针通过TLQ触发-hNQO1激活机制，实现可见光激发、大斯托克斯位移(Δλ>60nm)的肿瘤特异性成像，检测限达0.42ng/mL，为癌症早期诊断提供了创新工具。

　　

在癌症诊断领域，如何实现肿瘤标志物的高灵敏度、实时可视化检测一直是重大挑战。人类NAD(P)H:醌氧化还原酶1(human NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1, hNQO1)作为关键肿瘤标志物，在肺癌、乳腺癌等恶性肿瘤中表达量可达正常细胞的200倍，但其检测长期依赖抗体等非实时方法。传统有机荧光探针存在光毒性强、光稳定性差等缺陷，而金属配合物探针为解决这些问题带来了新思路。

青岛大学杂化材料研究院、国家杂化材料技术国际联合研究中心的Longlong Li、Jianguo Tang等研究人员在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，首次将水溶性钌(II)配合物与trimethyl lock quinone(TLQ)触发基团结合，开发出新型hNQO1响应型探针[Ru(TLQ-PIPY)(bipy)₂]²⁺。研究采用TDDFT理论计算验证传感机制，通过酶动力学分析测定催化效率，并运用MTT实验和活体成像验证生物相容性。

关键技术包括：1）钌配合物的配体设计与合成；2）时间依赖密度泛函理论(TDDFT)计算光物理性质；3）酶动力学参数测定；4）A549肺癌细胞、MDA-MB-231乳腺癌细胞等模型验证；5）小鼠肿瘤模型活体成像。

【设计原理】通过将TLQ与[Ru(PIPY)(bipy)₂]²⁺偶联，利用TLQ的PET效应淬灭钌配合物荧光。hNQO1催化还原TLQ后触发自消除反应，释放强荧光产物[Ru(PIPY)(bipy)₂]²⁺，荧光增强8倍。

【光学特性】探针在640nm发射，斯托克斯位移达135nm，克服了传统探针Δλ<60nm的局限。可见光激发(450nm)避免紫外损伤，0.42ng/mL的检测限显著优于同类探针。

【生物应用】在A549(hNQO1阳性)与L02正常肝细胞中实现精准区分，肿瘤内注射显示优异活体成像效果。MTT实验证实其低细胞毒性(<10%抑制率)。

该研究突破性地将金属配合物的³MLCT态发光特性与酶触发机制结合，解决了有机探针水溶性差、光稳定性弱等瓶颈问题。Laurence A. Belfiore等国际专家在讨论中指出，这种"触发-解锁"设计策略为开发其他肿瘤酶标志物探针提供了普适性范式，对推动癌症精准诊疗具有重要意义。