天津大學(xué)胡文平團(tuán)隊(duì)吳煌課題組Angew (VIP)︱深紅外發(fā)光的環(huán)套籠復(fù)合物用于溶酶體成像

生物成像技術(shù)在早期疾病診斷與手術(shù)導(dǎo)航中的作用日益凸顯，正推動(dòng)臨床實(shí)踐由經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)逐步邁向精準(zhǔn)化與個(gè)體化治療。在影響成像性能的眾多關(guān)鍵因素中，空間特異性與信噪比尤為重要。為實(shí)現(xiàn)高效生物成像，成像探針需要同時(shí)具備優(yōu)異的生物相容性、良好的光學(xué)性能以及高度的靶向選擇性，研究人員致力于開發(fā)長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射生物探針、上轉(zhuǎn)換納米材料以及雙光子熒光探針，以增強(qiáng)組織穿透能力并降低光損傷風(fēng)險(xiǎn)。盡管上述策略已取得顯著進(jìn)展，但部分生物探針仍依賴外源性靶向分子實(shí)現(xiàn)選擇性成像，這不僅增加了合成步驟與制備成本，也可能帶來生物相容性方面的隱患，從而限制其實(shí)際應(yīng)用。因此，找到一種構(gòu)筑高效自適應(yīng)、具有選擇性且綜合性能優(yōu)異的生物成像探針的方法，仍是該領(lǐng)域長(zhǎng)期以來亟待解決的核心挑戰(zhàn)。

近期，天津大學(xué)胡文平團(tuán)隊(duì)吳煌課題組等通過超分子組裝策略構(gòu)筑了一種獨(dú)特的環(huán)套籠復(fù)合物TPBCage6+ì3CB[8]（圖1），該復(fù)合物通過供體-受體型六陽(yáng)離子TPBCage6?與三個(gè)CB[8]的逐步組裝構(gòu)建而成。核磁共振氫譜和密度泛函理論計(jì)算證實(shí)，所得復(fù)合物呈現(xiàn)出熱力學(xué)穩(wěn)定的C?對(duì)稱幾何構(gòu)型，而非預(yù)期的C?對(duì)稱構(gòu)象。CB[8]的包結(jié)有效抑制了TPBCage6?的自聚集，并縮小了其能隙，導(dǎo)致發(fā)射峰從552 nm紅移至652 nm，同時(shí)量子產(chǎn)率顯著提高。得益于其優(yōu)異的光物理性能和良好的生物相容性，TPBCage6+ì3CB[8]實(shí)現(xiàn)了在深紅色區(qū)域高信噪比的溶酶體選擇性細(xì)胞成像，展示了環(huán)套籠組裝作為高性能生物成像穩(wěn)健平臺(tái)的巨大潛力。論文第一作者是王慧娟，通訊作者是吳煌教授。

通過核磁滴定、紫外可見光譜滴定、熒光光譜滴定和高分辨質(zhì)譜證實(shí)了供體-受體型六價(jià)陽(yáng)離子籠與葫蘆[8]脲之間的逐步超分子組裝，一分子的CB[8]先鍵合在籠的一條臂上靠近核心的苯乙烯部位，另外兩分子的CB[8]鍵合在另外兩條臂的乙烯基吡啶部位構(gòu)建出一種環(huán)套籠復(fù)合物TPBCage6+ì3CB[8]。三個(gè)CB[8]大環(huán)結(jié)構(gòu)緊密包裹六價(jià)陽(yáng)離子籠，形成熱力學(xué)穩(wěn)定的C?對(duì)稱超結(jié)構(gòu)。CB[8]的包封有效抑制了分子間的π–π堆積作用，從而提高了該復(fù)合物在水中的溶解性。此外，CB[8]的包封還縮小了籠的能隙，使發(fā)射光譜從552 nm明顯紅移至652 nm，同時(shí)熒光量子產(chǎn)率顯著提高。與傳統(tǒng)的主客體復(fù)合物相比，環(huán)套籠結(jié)構(gòu)具有多位點(diǎn)結(jié)合基序，形成了一種在復(fù)雜生理環(huán)境中仍能保持完整性的穩(wěn)定復(fù)合物。其C?對(duì)稱構(gòu)象保留了兩個(gè)暴露的吡啶基單元，在一定程度上相較于游離籠可減少生物成像中的非特異性相互作用，有助于在活細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)溶酶體選擇性成像。得益于其明亮的深紅色發(fā)射、優(yōu)異的生物相容性和固有選擇性，TPBCage6+ì3CB[8]復(fù)合物能夠在深紅色區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高信噪比的高特異性溶酶體成像。本研究驗(yàn)證了可設(shè)計(jì)的分步超分子組裝在水相環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確結(jié)構(gòu)與光物理調(diào)控的潛力，并揭示了一種獨(dú)特的“環(huán)套籠”識(shí)別基序，為構(gòu)建高性能、高選擇性的生物成像探針提供了理性設(shè)計(jì)依據(jù)。

環(huán)套籠復(fù)合物TPBCage6+ì3CB[8]的分子結(jié)構(gòu)式、組裝示意圖及其細(xì)胞成像。

Title:A Deep-Red Emissive Cage-in-Rings Complex for Lysosome Imaging

Published in:Angew. Chem. Int. Ed. 2026, e7910152. doi: 10.1002/anie.7910152.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.7910152

研究團(tuán)隊(duì)介紹

吳煌，天津大學(xué)英才教授、博導(dǎo)，國(guó)家級(jí)青年人才。2014年本科畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)系，2019年博士畢業(yè)于南開大學(xué)，期間赴美國(guó)西北大學(xué)Stoddart課題組聯(lián)合培養(yǎng)。2019-2023年在Stoddart 課題組從事博士后研究，2023-2024年任香港大學(xué)研究助理教授。吳煌教授以新型主客體的設(shè)計(jì)合成為基礎(chǔ)，分子識(shí)別與組裝為手段，聚焦超分子光電材料與器件的精準(zhǔn)構(gòu)筑展開研究，取得系列研究成果。基于此，吳煌教授在國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表論文近60篇，申請(qǐng)專利7項(xiàng)，其中通訊或第一作者論文25篇，包括Nature, Nat. Rev. Methods Primers, Nat. Commun.(3篇), Chem, J. Am. Chem. Soc.(4篇), Angew. Chem. Int. Ed.(3篇), Adv. Mater.(2篇), Matter, Acc. Chem. Res.等。其研究工作受到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，同時(shí)被新華社、光明日?qǐng)?bào)(實(shí)體報(bào)紙)、人民網(wǎng)、C&EN和Le Scienze等五十多家媒體報(bào)道。此外，他還擔(dān)任多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的審稿人，包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chin. Chem. Lett.等。