Activatable NIR Fluorescence/MRI Bimodal Probes for in Vivo Imaging by Enzyme-Mediated Fluorogenic Reaction and Self-Assembly

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作者
Runqi Yan,Yuxuan Hu,Fei Liu,Shixuan Wei,Daqing Fang,Adam J. Shuhendler,Hong Liu,Hong‐Yuan Chen,Deju Ye
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (26): 10331-10341 被引量:314
标识
DOI:10.1021/jacs.9b03649
摘要

Stimuli-responsive in situ self-assembly of small molecules to form nanostructures in living subjects has produced promising tools for molecular imaging and tissue engineering. However, controlling the self-assembly process to simultaneously activate multimodality imaging signals in a small-molecule probe is challenging. In this paper, we rationally integrate a fluorogenic reaction into enzyme-responsive in situ self-assembly to design small-molecule-based activatable near-infrared (NIR) fluorescence and magnetic resonance (MR) bimodal probes for molecular imaging. Using alkaline phosphatase (ALP) as a model target, we demonstrate that probe (P-CyFF-Gd) can be activated by endogenous ALP overexpressed on cell membranes, producing membrane-localized assembled nanoparticles (NPs) that can be directly visualized by cryo-SEM. Simultaneous enhancements in NIR fluorescence (>70-fold at 710 nm) and r1 relaxivity (∼2.3-fold) enable real-time, high-sensitivity, high-spatial-resolution imaging and localization of the ALP activity in live tumor cells and mice. P-CyFF-Gd can also delineate orthotopic liver tumor foci, facilitating efficient real-time, image-guided surgical resection of tumor tissues in intraoperative mice. This strategy combines activatable NIR fluorescence via a fluorogenic reaction and activatable MRI via in situ self-assembly to promote ALP activity imaging, which could be applicable to design other activatable bimodal probes for in vivo imaging of enzyme activity and locations in real time.
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