来自圣彼得堡国立大学的化学家与东芬兰大学、台湾大学的科学家们共同发明了一种新的发光指示剂,用于肿瘤和局部缺血的早期诊断。

研究成果由俄罗斯科学基金会资助,发表在《Advanced Science》杂志上。

铼的水溶性聚合物(I)对这类损伤带来的缺氧非常敏感,且有选择性地牢固嵌入胶原蛋白网中,使其可用于实时研究。该聚合物可以通过注射给药,与传统方法相比创伤更小。其易用性和出众的设计特性将有助于在早期阶段简化重大疾病的诊断。

细胞和组织中的氧含量对于需氧生物的正常功能至关重要。氧含量缺乏(缺氧)会导致细胞能量不足、代谢率下降和组织中酸的积聚,进而导致疲劳、肌肉力量和工作能力下降。与此同时,缺氧可能是多种疾病的指标,例如中风、缺血、心脏病和肿瘤。

在癌症中,缺氧是细胞分裂率高和非健康血液供应的结果。这就是所谓的肿瘤保护——缺氧会阻止抑制肿瘤生长的蛋白质的产生。与此同时,身体开始发出缺乏能量的SOS信号,导致新血管的形成。这些滋养了癌细胞,也为其转移提供了捷径。不仅如此,氧含量在肿瘤不同部位及其发展的不同阶段都不尽相同。

到目前为止,为了确定肿瘤的局部氧浓度和相关特征,最常用的是微电极,使用特殊的针头将其插入受损器官。尽管这种方法准确有效,但该过程伴随着出血,并且有炎症和患者产生明显不适的风险。另一种方法涉及非侵入性光学诊断法的开发。作为其工具,化学家开发出发光指示剂,以特殊溶液的形式注入血液,然后“照亮”患者的身体,确定癌变的边界:肿瘤和健康组织的氧饱和度相差1.5至7倍,指示剂在缺氧条件下发光更强烈。

“此类指示剂有许多关键要求:低毒性、在生理介质中的良好溶解性以及足够的稳定性。同时,高效的检测需要发光指示剂具有高辐射量子产率,对氧浓度和波长范围内的激发具有高灵敏度,从而能够深入渗透到活组织中,“文章作者之一,圣大学普通无机化学教研室副教授,化学科学副博士克里斯蒂娜·基塞尔 说道。

圣彼得堡国立大学的科学家与东芬兰大学(约恩苏)以及台湾大学(台北)的同行一起开发了一类符合指示剂要求的新型铼聚合物(I)。他们与台湾大学和澳门大学的医生一起,在实践中测试了所获得的化合物在生物介质中氧浓度测定中的表现。该复合物高效地穿透血管壁,而后有选择性地与胶原蛋白牢固结合。这促使科学家们进行长期研究。

小鼠实验表明,在合成化合物的帮助下,不仅可以将肿瘤组织(实验中为黑色素瘤)与健康组织区分开来,还可以标记许多区域组织的氧饱和度水平,如血管密布处和没有血液供应的局部缺血处。此前没有其他指示剂得出过类似的结果。

“这一领域的研发将为详细诊断肿瘤疾病和组织血液供应中断病症开辟前景。未来,我们将尝试开发能够特异性结合某些类型肿瘤的铼化合物。还计划将官能团引入指示剂外壳中,以响应其他重要生理参数(如pH值)的变化,这将显着扩大其诊断能力,”俄罗斯科学基金会项目负责人,化学科学副博士,圣彼得堡国立大学普通无机化学教研室副教授尤利娅·沙基罗娃 补充道。