腫瘤細胞內葡萄糖的非氧化分解會導致細胞外氫離子（H + ）濃度升高，pH值降低。因此，弱酸性微環(huán)境作為腫瘤部位最重要和最常見的生理特征之一，被廣泛應用于實體腫瘤的體內檢測。近年來，隨著比率熒光成像和多光譜光聲成像技術的發(fā)展，活體內無創(chuàng)腫瘤pH可視化已經(jīng)得到了實現(xiàn)。然而，大多數(shù)活體pH傳感探針具有固定的pH檢測轉換點（pH t ）和pH響應區(qū)間，導致靈敏的pH檢測只能在pH t 周圍狹窄的范圍內實現(xiàn)，這阻礙了在不同微環(huán)境動態(tài)變化過程對腫瘤pH的高靈敏監(jiān)測。若要調整探針的pH t 值，則需要對探針結構進行重新設計與合成，這大大加重了合成的工作量。

圖 2. （a）染料NAB與NRh的結構式。

（b）比率熒光探針pTAS響應pH的機理示意圖。

（c）pTAS探針pH t 調節(jié)示意圖。

（d）活體檢測pH示意圖。

　　針對以上問題，研究團隊通過構筑近紅外第二窗口（NIR-II）有機染料Förster能量共振轉移（FRET）體系，獲得了具有pH t 與pH響應區(qū)間可調的比率型熒光探針（pTAS），實現(xiàn)了活體腫瘤pH的動態(tài)可視化監(jiān)測 。首先，作者設計合成了化學穩(wěn)定性良好的aza-BODIPY染料NAB作為能量供體，pH敏感的羅丹明-多甲川雜合染料NRh作為能量預受體，NRh在酸性條件下羅丹明結構發(fā)生開環(huán)反應，利用比率熒光信號的變化可對腫瘤pH進行原位定量檢測。合成探針的過程中，通過調節(jié)兩種染料的摩爾比例，可得到一系列pH t 分別為6.94、6.76和6.92的熒光探針。相較于傳統(tǒng)的具有固定pH t 的探針，pTAS具有相似的高檢測靈敏性能。根據(jù)腫瘤微環(huán)境pH值的變化范圍，可選擇具有相符響應區(qū)間的pTAS探針，實現(xiàn)腫瘤微環(huán)境pH下降（6.82-6.74）和上升（6.85-7.05）過程中的pH精準可視化監(jiān)測。與標準電極檢測數(shù)值相比，檢測誤差在1%以內。此外，通過合并pTAS的pH響應區(qū)間，活體腫瘤pH精準可視化的范圍得到了2倍的拓寬（由6.38-6.94拓寬至6.11-7.22）。

圖 3. 比率熒光探針pTAS-2與pTAS-3在腫瘤部位pH下降（a，c）和上升（b，d）過程中對腫瘤部位pH的實時定量檢測。

　　這項工作充分利用了化學穩(wěn)定性良好的NAB有機染料分子與腫瘤微環(huán)境敏感的有機染料分子NRh構筑一系列pH響應的FRET活體NIR-II比率熒光探針，在實現(xiàn)探針pH t 可調的同時有效避免了過多的有機合成工作。同時，此方法可進一步推廣至其他響應性能量供受體以構建NIR-II比率熒光傳感探針，在保持活體內生物傳感高響應靈敏度的同時拓寬檢測范圍。

　　參考文獻:

　　Mengyao Zhao+, Jianbo Wang+*, Zuhai Lei, Lingfei Lu, Shangfeng Wang, Hongxin Zhang, Benhao Li, and Fan Zhang*.NIR-II pH Sensor with FRET Adjustable Transition Point for In Situ Dynamic Tumor Microenvironment Visualization. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(10), 5091-5095.