多甲川菁染料分子光学性质优异，被广泛应用于分子标记、生物成像和疾病治疗等研究领域。在结构上，菁染料由多次甲基链位于两端的杂环共轭组成。其中，多次甲基链通常在碱性溶液中经缩合反应形成，苛刻的合成条件与生理环境不兼容，因而常规的缩合反应不适合活细胞水平的研究。 近日，南京大学的冯福德教授和中科院化学所的王树研究员合作，以2,3,3-三甲基吲哚衍生物（PreCy）为唯一前体分子，设计了三种合成三甲川菁染料（包括Cy3和Cy3.5）的策略。
首先，在可见光驱动下，无荧光的PreCy迅速变色并转化为菁染料，转化效率可达到81%。其次，在暗态下，PreCy可被多种自由基或活性氧诱导产生菁染料，转化效率可达到74%。研究结果表明PreCy环外甲基是多次甲基链的组成来源，PreCy自由基反应性质对多次甲基链的形成起着关键作用。最后，PreCy可被活细胞的线粒体介导原位合成Cy3和Cy3.5，在12小时暗态下产生的菁染料荧光信号与胞内活性氧的水平具有正相关性，表明活细胞内在的氧化还原微环境等因素能够促进PreCy的转化。 值得一提的是， PreCy孵育浓度即使在微摩尔级（2~10 mM），也能够呈现较强的荧光成像信号。PreCy在肿瘤细胞（如HeLa、A549）中的化学转化明显强于活性氧水平较低的正常细胞（如L02），为建立肿瘤细胞微环境特异性的诊疗一体方法提供了重要依据。 基于线粒体介导PreCy转化的策略（Mito-extension），作者设计了碘代吲哚衍生物（Indo-3）作为诊疗一体模型分子，集成线粒体原位合成、荧光成像和光动力治疗等功能。与临床使用的光敏前体分子5-ALA（通过多酶参与的生物代谢途径转化为光敏剂PpIX）相比，PreCy依赖于胞内低水平但持续产生的活性氧，主要通过化学合成途径转化为菁染料光敏剂，在结构裁剪、光谱调节、稳定性以及环境响应等方面具有潜在的优势。 论文信息 Intrinsic-Mitochondrial-ROS-Activated In Situ Synthesis of Trimethine Cyanines in Cancer Cells Hao Heng, Gang Song, Xuetong Cai, Jian Sun, Ke Du, Xiaoran Zhang, Xia Wang, Prof. Dr. Fude Feng, Prof. Dr. Shu Wang 文章的第一作者是南京大学的博士研究生衡浩和中科院化学所的博士研究生宋刚。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202203444
