急性腎衰竭，是一種嚴重的臨床疾病，並伴隨著發展為終末期腎病、甚至導致死亡等風險。
現有的臨床診斷技術，局限於血生化等晚期生物標志物檢測、或腎穿刺活檢等有創方式，並且難以實現早期診斷。
因此，迫切需要開發實時無創的便捷檢測方法，以用於急性腎衰竭的早期診斷和預後評估。
光學檢測技術結合分子探針，為實時無創活體成像和體外檢測提供了有力工具。
在中山大學黃佳國教授團隊的前期工作中，他們曾將近紅外熒光染料與親水性環糊精、聚乙二醇等聚合物進行偶聯，以用於腎臟的特異性富集和高效排泄。
圖 | 黃佳國（來源：黃佳國）
基於此類腎清除型熒光團，他們構建了一系列分子探針並將其用於腎病檢測。
然而，聚合物的異質性常常導致染料標記的批間差異，進而可能會導致體內藥代動力學特性的不一致，從而影響體內生物應用和轉化。
基於這一問題，該團隊開發了免標記的單分子腎清除型探針。通過腎清除效率測定，篩選出具有大約 96% 註射劑量清除率的單分子熒光團，優於此前報道的標記型探針。
進一步地，課題組聚焦於腎損傷過程中細胞凋亡通路上遊的生物標志物 Caspase-8，構建了可激活型分子探針。
在化療藥物順鉑誘導的腎損傷小鼠模型中，使用靜脈註射探針之後，通過活體成像和遠程體外尿液檢測，他們發現順鉑給藥 12 小時後，就可以檢測出凋亡事件的發生，這一診斷時間點比臨床血常規方法提前了近 60 小時。
毫無疑問，早期診斷有助於盡早采取幹預措施。為此，他們進一步利用不同藥物，針對急性腎衰竭進行了治療幹預，並利用探針-體外尿液檢測來評估藥物幹預效果。
結果顯示：凋亡蛋白抑制劑和壞死蛋白抑制劑聯合用藥，可以高效地緩解腎衰竭發展進程，從而顯著提高小鼠生存率。
簡言之，他們先是開發了一系列單分子兩性離子半花菁染料，並篩選出了近紅外熒光團，其具有較低的蛋白結合率和較高的腎清除效率。
進一步地，他們構建了可用於腎衰竭早期診斷和預後評估的多功能可激活近紅外分子探針，實現了非侵入性的體內成像和體外尿液診斷。這種技術不僅能用於前臨床藥物開發和評價，且具有很高的臨床應用前景。
預計這一成果對於泌尿系統疾病包括腎病、尿道及膀胱等相關疾病的檢測均具有推動作用。
鑒於體外尿液檢測的高接受度、高靈敏度和易轉化等優勢，課題組未來將與醫院進行合作，收集臨床樣本並進行體外尿液檢測，推動該技術在體外檢測方面的轉化。
此外，基於探針的代謝特性和熒光特性，其還能用於臨床術中熒光導航可視化，為術中輸尿管成像精確定位和輸尿管重建等外科手術提供新工具，從而減少術中醫源性輸尿管的損傷，保證手術術中的安全。
（來源：Angewandte Chemie International Edition）
事實上在前期探針合成和篩選階段，他們設計了 5 個染料分子，期望從中篩選出具腎臟高效清除特征的單分子。
然而事與願違課題也一度陷入僵局，反復排查原因之後，他們繼續設計了 3 個新染料分子，而後期增加的 3 個分子均展示出了理想效果。
由於分子親水性強、化學合成和純化難度高，在多次優化路線之後，染料分子的質和量也都得到了保障。
研究過程中，團隊成員表述最高頻也是最印象深刻的一個詞是“點亮腎臟”，即探針是否進入腎臟並發出熒光。
“總的來說，探索過程猶如摸著石頭過河，在歷經種種失敗的同時我們逐步累積了經驗，最終獲得了寶貴的終產物，也算守得雲開見月明。”黃佳國表示。
最終，相關論文以《特制的兩性離子半花青報告子用於急性腎功能衰竭的早期診斷和預後評估》（Tailored Zwitterionic Hemicyanine Reporters for Early Diagnosis and Prognostic Assessment of Acute Renal Failure）為題發在 Angewandte Chemie International Edition 上[1]。
中山大學博士生周婭、祝麗娟是共同一作，中山大學黃佳國教授擔任通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Angewandte Chemie International Edition）
黃佳國表示：“本次工作中的染料分子也是目前我們團隊的‘明星分子’。”後續，針對這些分子的探針，他們會拓展更多的設計方案，力爭將其用於各種疾病的檢測中。目前，相關研究正在進行中，並已經在臨床樣本上取得一系列樂觀成果。
參考資料：
1.Zhou, Y., Zhu, L., Liu, B., Xu, W., Yang, X., Liu, Y., ... & Huang, J. (2023). Tailored Zwitterionic Hemicyanine Reporters for Early Diagnosis and Prognostic Assessment of Acute Renal Failure.Angewandte Chemie International Edition, 62(52), e202315457.
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