我国染料产业将进入以结构调整、产品升级、绿色发展为主要特征的高质量发展新时代。作为典型的高附加值精细化学品，生物医用染料可应用于荧光标记、体外诊断、疾病治疗等领域。尤其在肿瘤的荧光诊断和治疗上，功能染料发挥着重要作用。近日，大连理工大学精细化工彭孝军院士团队在肿瘤的荧光诊断和治疗领域取得了系列突破性进展，推动了高性能肿瘤诊疗用功能染料的发展。
（1）高信噪比癌细胞识别染料用于肿瘤荧光手术：
恶性肿瘤的复发主要是由于手术切除不彻底所致。在临床上由于缺乏明确区分正常组织和肿瘤组织边界范围的有效手段，外科医生难以发现和准确切除微小转移性肿瘤病灶。因此，开发高信噪比识别肿瘤组织可激活的荧光染料显得尤为迫切。彭孝军院士团队近期与韩国梨花女子大学化学与纳米科学系Juyoung Yoon院士团队合作，基于氨基肽酶N（CD13/APN）介导恶性肿瘤的进展、侵袭和转移特异性生物标志物，设计合成了新型可激活荧光染料。该染料能够精准高信噪比地区分正常细胞和癌细胞；正常组织和癌组织。通过简易喷洒，染料对直径小于1毫米的肿瘤转移病灶呈现出优异的识别能力，可以引导手术对肿瘤的精准切除。为临床上荧光手术的顺利开展提供强有力的工具。该工作以全文形式近期发表在《美国化学会志》上（Aminopeptidase N Activatable Fluorescent Probe for Tracking Metastatic Cancer and Image-Guided Surgery via in Situ Spraying, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6381-6389）。文章第一作者是大连理工大学博士毕业生李海东（现为韩国梨花女子大学博后）。
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为进一步克服染料聚集荧光淬灭和提高染料在肿瘤细胞的滞留时间，彭孝军院士团队和Juyoung Yoon院士团队合作采用配对的两亲性结构设计策略，通过自组装制备了用于碱性磷酸酶（ALP）活性成像的AIEgen纳米染料。当癌细胞过表达ALP与纳米染料作用后，产生聚集体释放出强的AIE荧光。该工作首次可视化观察了丁酸钠和皮质醇刺激对肿瘤细胞碱性磷酸酶活性的上调作用。染料能够渗透到与临床相关的HeLa肿瘤球和HepG-2瘤球体中，在双光子显微成像平台上以高空间分辨率对ALP活性进行空间异质性成像，为亚毫米级肿瘤的发生提供荧光引导识别。该研究成果近期发表在《德国应用化学》（An Activatable AIEgen Probe for High-Fidelity Monitoring of Overexpressed Tumor Enzyme Activity and Its Application to Surgical Tumor Excision. Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202001675）。文章第一作者是大连理工大学博士毕业生李海东（现为韩国梨花女子大学博后）。
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（2）低氧依赖光敏染料用于缺氧环境下肿瘤光动力治疗
目前临床光动力治疗药物多基于Type-II光敏化机制，该机制的高氧气依赖特性导致PDT对乏氧实体瘤治疗效果十分有限。因此，如何实现诊疗光敏剂在乏氧实体瘤内部发挥良好治疗效果仍旧是PDT在临床推广应用中面临的主要挑战。彭孝军院士团队和韩国高丽大学化学系Jong Seung Kim院士团队合作开发的“Photodynamic O2-Economizer（PDOE）”策略很好的弥补了上述缺憾。通过将光敏剂分子与临床药物雌激素受体抗结剂他莫昔芬共价连接，构建了首例具有双重O2节约性能的小分子光敏剂SORgenTAM，实现了对乏氧实体瘤的高效光动力治疗。染料分子进入细胞后，可作用于细胞呼吸电子转移链Complex I 蛋白，阻断线粒体的氧化磷酸化，进而降低癌细胞对内源性氧气的消耗，节约O2；另一方面，光激发后，光敏剂可参与Type I 光敏化反应高效产生O2−•，并在细胞内超氧歧化酶作用下触发氧循环级联反应，进而显著降低光敏剂对氧气的高依赖性。这一成果近期发表在《美国化学会志》上（Unimolecular Photodynamic O2-Economizer To Overcome Hypoxia Resistance in Phototherapeutics. J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 5380-5388）。文章第一作者是大连理工大学博士毕业生李明乐（现为韩国高丽大学博士后）。
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上述研究工作得到了国家自然科学基金、基金委群体项目、NSFC-辽宁联合基金和韩国国家研究基金的大力支持。
