高灵敏度拉曼探头检测异质组织中的酶表达
与荧光成像相比，拉曼成像在检测多种酶活性方面具有更大的潜力，东京工业大学的研究人员通过使用拉曼信号激活的新机制开发基于9CN-rhodol的可激活拉曼探针来证明。该策略允许合成具有高聚集和多重能力的高度可活化的拉曼探针，使其成为扩展拉曼探针范围以检测异质生物组织中多种酶活性的有前途的工具。
酶参与广泛的生物活动使其成为检测疾病的理想生物标志物。事实上，癌症特异性诊断技术使用荧光成像来检测受影响细胞中上调的癌症相关酶。此外，由于肿瘤组织是异质性的，同时检测多种酶活性可以允许精确的癌症可视化和诊断。然而，无法检测多种酶活性可能会限制荧光成像在异质性肿瘤组织和其他复杂生物现象中的应用。
作为替代方案，拉曼光谱成像的较窄光谱宽度为使用分子探针进行多重生物成像提供了希望。多年来，已经开发了几种用于检测生物分析物的功能和可活化的拉曼探针(染料)，但用于检测酶活性的拉曼探针(染料)受到限制。此外，以前的设计策略未能控制这些探针的酶生成的水解产物的扩散，使得难以区分组织中具有靶酶活性的区域。
在此背景下，由东京工业大学(Tokyo Tech)的Mako Kamiya教授和助理教授Hiroyoshi Fujioka领导的日本研究人员团队最近报道了从基于聚集的荧光探针中汲取灵感，一种新的分子设计策略，用于合成基于9CN-rhodol的可活化拉曼探针。他们的研究发表在《美国化学学会杂志》上。
在解释分子支架的罗多尔衍生物的选择时，神谷教授说：“Hiroyoshi发现，在第九位(9CN-rhodols)具有腈基且净电荷为零的红dol衍生物表现出单个尖锐的拉曼峰，并且在水溶液中比带正电荷的9CN-pyronins具有更高的聚集能力。因此，我们使用9CN-rhodol支架染料来创建拉曼探针，该探针可以表现出高灵敏度，并在分子吸收中向共振拉曼效应区域发生红移，并在与目标酶相互作用时形成聚集。
因此，该团队首先合成了9CN-rhodol衍生物，并选择了两种衍生物9CN-JR和9CN-JCR作为设计可活化拉曼探针的候选者。然后，他们使用双色受激拉曼散射(SRS)成像技术测试了两种探针在活细胞中的酶检测性能。在两者中，9CN-JCR成为更好，更明亮的多路复用探针。
接下来，该团队用碳-9(13C) 和氮-15 (15N)，然后创建了两个新的同位素编辑的9CN-JCR探针，用于γ-谷氨酰转肽酶和二肽基肽酶-4酶。然后，基于9CN-JCR的新型探针能够同时检测活细胞培养物中所有这些酶的活性。
此外，这些探针允许对果蝇翼盘和脂肪体中表达靶酶活性的不同细胞区域进行离体成像。9CN-JCR探针表现出的高空间选择性和灵敏度归因于支架染料的电子预共振效应和探针-靶细胞相互作用形成的水解产物的聚集体形成。
基于罗多尔的探针在与酶反应时可以聚集，改善其细胞内保留，并在酶检测过程中增加SRS信号强度。
总之，本研究中展示的简便策略有助于开发高度特异性的可活化拉曼探针，用于同时检测多种酶活性。“我们基于聚集的拉曼探针分子设计策略将为涉及与疾病和基本生物活性相关的酶活性投资的应用提供实质性优势，”Kamiya教授总结道。