作为许多疾病的关键生物标志物,酶在生物系统中发挥着至关重要的作用 [1], [2], [3], [4]。因此,酶活性的分子成像至关重要 [5], [6], [7], [8]。谷氨酰胺酶(GLS)在多种肿瘤中显著过表达 [9],使其成为开发酶激活探针的理想分子靶点 [10]。然而,传统的"常开"探针会产生持续的背景信号 [11],难以区分病变组织与正常组织,严重损害检测特异性 [12], [13], [14]。激活型探针仅在目标酶存在时开启信号,为克服这一局限提供了一种有前景的策略 [15], [16], [17], [18], [19]。
NIR-II荧光成像(1000–1700 nm)因其组织穿透深、信噪比高和自发荧光低等优势,已发展成为强大的分子成像手段 [20], [21], [22], [23], [24], [25]。在NIR-II荧光纳米探针中,Ag?S量子点因其低毒性 [26]、优异的生物学安全性 [27] 和卓越的 photostability [28], [29] 而备受关注。为了实现高特异性检测,激活型探针的设计至关重要。F?rster共振能量转移(FRET)是构建此类探针最常见的机制之一 [30], [31],其中供体与受体之间的能量转移导致荧光猝灭 [32], [33]。受此策略启发,我们引入CuS量子点作为潜在猝灭剂 [34],并将其与Ag?S量子点共封装,旨在构建一种在非活化状态下保持低背景荧光的猝灭型纳米探针,从而为后续酶触发的荧光开启奠定基础。
目前,已有多种荧光探针被开发用于检测生物酶。例如,一种针对NQO1的醌-萘酰亚胺探针 [35] 展现了卓越的酶响应性。此外,Myochin等人开发了一种基于硅-罗丹明猝灭剂的近红外MMP探针,其中酶触发的底物水解将荧光团从猝灭剂中释放出来,产生开启型荧光信号 [36]。尽管这些探针体系在特定应用中表现出优异的响应性,但其在实际应用中的实现可能面临合成复杂、荧光稳定性有限以及潜在细胞毒性等问题,限制了其在复杂生理环境中的效用。作为一种天然生物高分子,聚(γ-谷氨酸)(γ-PGA)具有优异的生物相容性 [37],且极易被GLS特异性水解 [38]。近期,Yuan等人报道了将两亲性PGA-ODA共聚物作为GLS响应性载体 [39], [40]。本纳米探针采用有机-无机杂化设计 [41], [42], [43],以PGA-ODA作为酶响应性载体,共封装紧密堆积的Ag2S和CuS量子点。在该完整结构中,CuS量子点以浓度依赖方式高效猝灭NIR-II荧光,使探针保持"关闭"状态。同时,PGA-ODA壳层作为GLS可切割底物。暴露于GLS时,PGA骨架被特异性切割,导致纳米结构解体。因此,Ag?S和CuS量子点空间分离,解除猝灭效应并恢复NIR-II荧光(方案1)。这种合理设计确保荧光信号仅在目标酶存在时被激活,有效提高了成像特异性。
为了验证这一合理设计,我们成功制备了名为PO@Ag2S/CuS的GLS可激活NIR-II荧光纳米探针,并进行了系统评价。全面的表征证实了纳米探针的成功构建及其有机-无机杂化特性。与我们的假设一致,荧光光谱显示共封装的CuS对Ag2S具有高效的浓度依赖猝灭作用。此外,透射电子显微镜(TEM)直接可视化了GLS触发的解体过程,揭示了从完整球形纳米颗粒到分散量子点的显著形貌转变。因此,GLS处理组相比未处理对照组表现出显著的NIR-II荧光开启。时间依赖评价进一步显示荧光逐渐增强,证实了探针的高效激活动力学。结合通过Cell Counting Kit-8(CCK-8)测定所确立的优异生物安全性,我们的研究结果共同表明,这种PO@Ag2S/CuS纳米探针为精确荧光成像GLS过表达的生物微环境提供了一个稳健且高度特异性的平台。