关键词

荧光探针，荧光成像，生物标志物检测，生物化学

文献信息

"Fluorescent probes for the detection of disease-associated biomarkers"

Science Bulletin 67 (2022) 853–878

https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.01.014

第一通讯单位：华东理工大学化工学院

摘要

荧光探针已成为化学生物学和医学领域不可缺少的化学工具。检测细胞内物种和监测生理过程的能力不仅提高了我们在生物学方面的知识，而且为疾病诊断提供了新的方法。在这篇综述中，我们详细介绍了一些最近报道的荧光探针的设计标准和策略，这些荧光探针可以检测细胞和体内广泛的生物学上重要的物种。在此过程中，强调了每个生物物种的重要性及其在生物系统和疾病进展中的作用。然后，我们讨论了现有技术的当前问题和挑战，并就研究领域的未来方向提供了我们的观点。总之，我们希望这篇综述将为研究人员提供灵感，并证明为下一代荧光探针的发展提供有用的指导。

研究背景

光学成像技术在基础研究和临床医学中发挥着重要作用。具有高时间和空间分辨率的非侵入性和可视化生物过程的能力是广泛实施的许多原因之一。为了提高光学成像的精度、灵敏度和扩大应用范围，化学界的研究人员专注于开发可以检测生物物种和监测关键生理过程的化学工具。这些化学工具现在通常被称为荧光探针。迄今为止，荧光探针已成功应用于免疫荧光染色、活细胞成像、药物输送(治疗学)和荧光引导手术。然而，由于生物系统的复杂性和有限的组织穿透光的深度，仍然存在几个挑战。理想的荧光探针需要高的细胞/组织特异性，在竞争物种存在的情况下对目标生物标志物的高选择性，光稳定性，良好的生物相容性和长波长激发(体内成像的关键要求)。本综述的重点是详细介绍针对荧光探针的各种设计标准，并提供最近的文献示例，以帮助读者获得对该领域的深入了解。我们希望这篇综述将为研究人员在光学成像领域的研究提供灵感，并帮助开发下一代荧光探针。

通常，荧光探针包含受体/反应位点和荧光团，以及这两个位点之间的通信模式(图1a)。这确保了探针与目标分析物相互作用时观察到可测量的输出。由于合成方法学和光物理科学的不断进步，为同一生物标志物开发的荧光探针的设计在荧光团和识别单元方面可以有显著差异。这可以从设计用于检测过亚硝酸盐硼酸盐反应单元和α-酮酰胺反应的荧光探针的情况中看出单元。然而，一般来说，荧光探针之间的基本设计原则保持不变，并且观察到的基于荧光的响应是荧光发射强度降低 (荧光猝灭) 或增加 (荧光增强) 或荧光发射波长的变化，这可能导致比例传感。荧光探针通常被分为基于受体的和基于反应的两种策略(图1a)。值得注意的是，这些相同的设计原则也适用于光声(PA)显像剂的开发，然而，这种模式的重点是吸收的变化。基于受体的荧光探针通常用于通过配位或络合作用检测金属阳离子和阴离子等离子。另外，基于反应的荧光探针用于检测活性物种和酶，其中生物标志物相互作用导致化学反应，改变荧光探针的结构和发射特性。为了便于全面理解基于受体和基于反应的系统的应用，我们根据生物物种的类型将这篇综述分为几个部分，并为目标物种提供了最近的文献示例。