随着医学水平的不断提高，对于恶性肿瘤等许多复杂的重大疾病尽管已有大量分子生物学、遗传学、基因组学和蛋白组学的相关研究成果，但人们对其发生发展过程中的关键分子和分子病理的认识还远远不足。从疾病发生发展的分子基础出发，发展临床预测、诊断和治疗手段是分子医学和个体化治疗等现代医学发展的趋势，并成为这些重大疾病基础研究中需要解决的关键问题。2001年，唐本忠院士团队首次提出了聚集诱导发光（AIE）概念。与传统荧光分子所具有的聚集荧光猝灭（ACQ）性质相反，具有AIE效应的荧光分子在单分子状态下几乎没有荧光，在聚集状态下发光效率大大提高。同时，AIE材料具有优良的生物相容性和光稳定性，使其在生物检测和细胞成像应用中呈现明显的优势。这些特性也使得AIE材料在构建智能响应分子材料方面具有极大潜力。同时，AIE材料（AIEgen）除了聚集发光增强，具有AIE性质的光敏剂也不会由于聚集导致其敏化功能明显降低，从而保证了较高的光动力治疗效率。在荧光引导的化学治疗方面，AIE材料不仅可以作为荧光示踪剂，其自身也可以作为癌细胞的治疗药物。在光声成像及光热治疗方面，溶液中的AIE材料具有更多的分子内运动，使其激发态能量更容易以热的形式释放，从而实现高效的光声成像和光热治疗。虽然AIE材料都具备了传统材料很难拥有的单分子多功能特性，可以简化诊疗一体化应用中材料的设计，在生物医学领域展示了很好的应用前景。
然而，如果能给AIE材料装上一双“慧眼”，无异于将更利于有效地区分病变细胞或组织与正常细胞或组织在分子水平上差异，开发集靶向与诊疗多功能于一身的智能化分子医学新工具和新方法。核酸适配体（aptamer）是近年来发展起来的一类新型识别分子，与目前在生物医学领域中广泛应用的抗体相比，核酸适配体是一种全新的分子识别方法，它与靶标结合的特异性和亲和力与抗体相当甚至更强，而且具有合成简单快速；适用范围广，易于进行化学修饰和多功能化，组织穿透性好，有望直接运用于活体分子成像和药物传输；且其具有免疫原性小、稳定性好等优点。由于其具有分子量较小，可化学合成、稳定性好、生物相容性好等优点，核酸适配体受到了各国科学家的广泛关注。如果有一种方法能将aptamer与AIE材料有效而简便的结合起来，充分发挥aptamer的分子识别能力和AIE材料自身优良特性将极大促进基于AIE的分子医学的发展，同时也能极大简化基于aptamer的荧光传感器的设计。
香港科技大学唐本忠院士团队的博士生张鹏飞与赵征博士紧密合作，开发了一种基于自组装原理的aptamer修饰AIEdots的简便通用修饰方法。以AS1411 aptamer为例，通过在aptamer末端修饰胆固醇分子，由于aptamer本身是寡聚核苷酸，具有良好的亲水性，而胆固醇本身具有良好的疏水性能，在以磷脂构建AIEdots的过程中利用胆固醇与磷脂分子自组装形成的疏水空腔之间较强的相互作用，使aptamer锚定在AIEdots上(图1)。动态光散射及zeta电位表征结果都证实了aptamer的成功修饰，同时，修饰aptamer分子后并没有影响AIEdots自身的光学性能(图2)。细胞靶向实验证明修饰在AIEdots上的aotamer保持了自身的分子识别能力。能特异性的识别细胞表面高表达核仁素（Nucleolin）的肿瘤细胞（如乳腺癌细胞系MCF-7以及小细胞肺癌细胞系A549），而在正常细胞上没有明显的荧光信号(图3)。细胞毒性实验也表明基于AIE的aptamer靶向纳米探针具有良好的生物相容性(图4)。虽然在本文中只利用了AS1411 aptamer以及2TPE-4E AIEgen，然而这一方法的最大特点就是具有便捷性和普适性。因此，为构建具有分子识别能力的AIE智能探针提供了一条捷径。也为后期临床转化奠定了良好基础。
图1. 基于自组装构建aptamer靶向AIEdots。
图2. Apt-AIEdots的表征：（A）Aptamer修饰前后AIE材料的吸收光谱；（B）Aptamer修饰前后AIE材料的荧光发射光谱；（C）Aptamer修饰前后AIE材料的水合粒径；（D）Aptamer修饰前后AIE材料的zeta电位。
图3. Apt-AIEdots的细胞靶向实验：MCF-7 (人乳腺癌细胞系)，A549（人非小细胞肺癌细胞系），293T（人肾上皮细胞系）。（上）激光共聚焦荧光显微。（下）流式细胞分析结果。
图4. Apt-AIEdots的细胞毒性实验： MCF-7 (人乳腺癌细胞系)，A549（人非小细胞肺癌细胞系），293T（人肾上皮细胞系）。共孵育时间为24小时，采用CCK-8方法进行测试。
这一成果近期发表在分析化学顶级期刊Analytical Chemistry 上，本工作由张鹏飞和赵征博士以及李传胜同学通力合作完成，香港科技大学化学系研究助理教授林荣业博士和郭子健博士，以及中国科学院深圳先进技术研究院蔡林涛研究员和龚萍研究员提供了大力支持，本文通讯作者为唐本忠院士和蔡林涛研究员。本研究得到香港研究资助局、国家自然科学基金（青年基金）、科技部973重大研究计划、深圳市基础研究项目等资金的支持。
该论文作者为：Pengfei Zhang, Zheng Zhao, Chuansheng Li, Huifang Su, Yayun Wu, Ryan T. K. Kwok, Jacky Wing Yip Lam, Ping Gong, Lintao Cai*, and Ben Zhong Tang*
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Aptamer-Decorated Self-Assembled Aggregation-Induced Emission Organic Dots for Cancer Cell Targeting and Imaging
Anal. Chem., 2018, 90, 1063-1067, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03933
导师介绍
唐本忠
http://www.x-mol.com/university/faculty/49585
蔡林涛
http://www.x-mol.com/university/faculty/49586
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