近紅外化學(xué)發(fā)光成像技術(shù)無創(chuàng)同步監(jiān)測肝缺血與腎損傷病變

肝缺血再灌注損傷（HIRI）是肝臟手術(shù)、移植等臨床場景中常見的并發(fā)癥，常導(dǎo)致急性腎損傷（AKI），但傳統(tǒng)成像技術(shù)難以同時無創(chuàng)監(jiān)測這兩種互相關(guān)聯(lián)的疾病。本研究開發(fā)了一種單分子近紅外化學(xué)發(fā)光報告器CAR，通過級聯(lián)激活機制，實現(xiàn)了對HIRI及其誘導(dǎo)的AKI的高靈敏度、無串擾雙重成像。CAR探針在肝臟中特異性響應(yīng)超氧陰離子（O₂⁻）后自剪切釋放次級報告器，后者在腎臟中檢測N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶（NAG），從而提供延長的成像窗口和尿液分析能力，為深入理解肝-腎軸病理機制提供了新工具。

本研究成果由Bankang Ruan、Weiliang Deng、Jingjing Che、Shujuan Yi、Jie Liu、Weiping Xu、Yuyan Jiang、Ya zhou、Pan Xie、Huhai Zhang、Hongwen Zhao和Jiaguo Huang共同完成。論文題為“Unimolecular near-infrared chemiluminescent reporter for cascaded multiplex imaging of ischemia-reperfusion injury in the liver-kidney axis”，于2025年在《Nature Communications》期刊在線發(fā)表。

重要發(fā)現(xiàn)
01探針設(shè)計與化學(xué)發(fā)光團庫構(gòu)建
研究團隊首先合成了一類基于半菁骨架的化學(xué)發(fā)光團（HCLs），通過將雙環(huán)二氧雜環(huán)丁烷與擴展π共軛的吲哚衍生物結(jié)合，實現(xiàn)了發(fā)射波長從725 nm到1025 nm的可調(diào)控近紅外發(fā)光。其中，HCL1（發(fā)射峰725 nm）和HCL5（發(fā)射峰1025 nm）因光譜重疊最小被選為構(gòu)建CAR探針的基礎(chǔ)單元。理論計算表明，HCLs的HOMO-LUMO能隙隨共軛擴展而減小，與發(fā)射波長紅移趨勢一致，為長波長化學(xué)發(fā)光探針設(shè)計提供了理論依據(jù)。

創(chuàng)新與亮點
本研究的核心創(chuàng)新在于突破了傳統(tǒng)探針單靶點響應(yīng)的局限，首次設(shè)計出可級聯(lián)激活的單分子雙模態(tài)探針。這一設(shè)計解決了互關(guān)聯(lián)疾病成像中探針藥代動力學(xué)不匹配的難題，通過“觸發(fā)-釋放”邏輯實現(xiàn)了多器官信號的同步捕獲。

在技術(shù)層面，團隊通過擴展HCLs的共軛體系，將化學(xué)發(fā)光發(fā)射波長推至1025 nm的NIR-II窗口，顯著提升了組織穿透深度。實驗表明，HCL5的化學(xué)發(fā)光信號在3 cm厚組織下仍可檢測，信噪比是可見光探針的10倍以上。這種長波長發(fā)光特性為深部病灶成像提供了可能。

在實際應(yīng)用價值上，CAR探針不僅為HIRI誘導(dǎo)的AKI提供了早期診斷工具，還開辟了“尿液指紋”分析的新途徑。臨床中，醫(yī)生可通過尿液樣本快速評估肝損傷嚴重程度，無需復(fù)雜影像設(shè)備。此外，該探針設(shè)計策略可推廣至其他關(guān)聯(lián)疾病模型（如化療相關(guān)性腎損傷、腸-肝軸疾病），為精準醫(yī)療提供分子影像支持。

總結(jié)與展望
本論文開發(fā)的CAR探針通過巧妙的級聯(lián)設(shè)計，實現(xiàn)了對肝-腎軸疾病的高信噪比、長時程成像，突出了單分子探針在復(fù)雜病理環(huán)境中的獨特優(yōu)勢。未來工作可圍繞三方面展開：一是進一步優(yōu)化探針藥代動力學(xué)，提升其在大型動物模型中的成像效果；二是拓展探針響應(yīng)靶點，用于感染、腫瘤等疾病的多 biomarker 同步監(jiān)測；三是推動臨床轉(zhuǎn)化，開發(fā)配套便攜式檢測設(shè)備，實現(xiàn)床旁快速診斷�？傮w而言，該研究為光學(xué)分子影像領(lǐng)域提供了新范式，有望推動活體診斷技術(shù)的革新。

DOI:10.1038/s41467-025-62348-y.