活體深層**成像與**是**臨床診療的重點和難點。光聲成像(PAI)結合了光學成像高對比度和超聲成像高空間分辨率的優點,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(NIR-II)PAI,穿透力強成像信噪比高,可對活體深層**進行高分辨率成像,是PAI乃至醫學影像發展的趨勢。如何構建在NIR-II有強吸收且分散性及生物安全性優良的光熱試劑是制約該領域發展的瓶頸。有機共軛聚合物對近紅外光有強吸收,且光熱性能穩定,生物相容性高,但現有的聚合物制備復雜且溶解性差,活體應用前還需繁瑣的提純和修飾。
細胞內界面限域的酶控制了一系列復雜**的化學反應,而在體外引入尺寸多變且易于修飾的囊泡,可促進和指導酶促反應。與注重反應設計的有機化學不同,酶促反應屬于自由基耦合反應,反應過程往往更為精巧復雜。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。
聚苯胺被報道有光熱性能的有機共軛聚合物,然而至今卻尚未有關于聚苯胺在NIR-II光熱性能或PAI的研究。上海交通大學醫學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,**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電聚苯胺。在此反應中,陰離子囊泡不僅可以加速反應速率(預先吸附陽離子單體(苯胺)和酶(HRP),使酶促反應更**地在囊泡表面進行),還可指導反應路徑(促進單體自由基的線性首尾耦合,**枝化耦合);聚合反應結束后,囊泡與聚苯胺通過靜電吸附和氫鍵緊密結合,同時作為摻雜酸使聚苯胺穩定地分散在水溶液中,有利于其后續加工與應用。相比之下,不含囊泡時,苯胺自由基的雜亂耦合會產生枝化低聚產物的棕色沉淀。因此,囊泡提供的微環境(富含磺酸基的分散性軟界面)不僅加速和指導了酶促反應進程,還改變了聚合產物的結構與狀態。
該反應操作簡單,反應過程溫和**,所得聚苯胺在NIR-II有強吸收、分散性優良、光熱性能穩定、安全性高于苯胺低聚物(Langmuir 2018, 34, 9153-9166),用細胞培養基稀釋后可直接進行活體靜脈注射,實現活體深層**的成像與**。同時,聚苯胺的摻雜特性賦予其pH響應的光熱性能,使其在**酸性微環境下產生較好的成像和**效果,對正常組織幾乎沒有偽信號和誤傷。最后,**處的升溫提高了囊泡膜流動性,有利于其內部**釋放,實現**的協同**。
囊泡作為常見的隔室模型和遞藥載體,其指導化學反應的研究還相對較少。該工作報道了利用囊泡界面限域的酶促反應制備醫用納米材料,為界面限域酶促反應的應用和醫用功能材料的制備提供了新思路。同時,囊泡介導的化學反應反過來也會引發囊泡的增長分裂甚至運動,這值得今后更多的基礎研究。該工作發表在Small上(DOI:10.1002/smll.202001177),**作者為上海交通大學醫學院博士后張亞,感謝蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)Peter Walde教授的討論與幫助。