科创中国

生物产业,制造业

一、项目意义：

荧光探针技术指人们用强荧光的标记试剂或光生成试剂对待测物进行标记或衍生，生成具高高荧光强度的共价或非共价结合的物质从而实现对待测物质的定性定量分析。

荧光探针技术广泛应用于生物检测 ，简单、便捷、灵敏度高、选择性好、能够在不破坏细胞的前提下检测细胞中的特定物质。对于药物控释、 靶向给药、检测药效方面可以针对性的进行定性或定量的研究和表征。识别作用可以标记含奇特定基团的生物大分子如蛋白质、 抗原抗体、 核酸、 酶以及聚合物。荧光探针具奇特别强的可设计性 本身的结构设计与高分子密切相关。

荧光性质能够随着检测物浓度或者环境性质改变而灵敏地改变的一类荧光性分子，能够通过荧光变强，荧光变弱，发射峰的红移或者蓝移（变色）等传感分析物的化学信息或者是环境的变化。

荧光探针分子的结构通常为：

荧光探针的目前应用为：大多数生物分子本身荧光较弱或基本无荧光， 检测灵敏度较差， 使得荧光探针检测技术的应用成为客观可能，广泛应用于生物分析以及分析化学中。常用于标记抗原抗体和核酸， 还可以检测蛋白质的活性点位， 细胞检测免疫， 研究DNA碱基损伤修复以及药物分子的化学反应活性，尤其在肿瘤识别过程中起到了重要的作用。

荧光探针目前的应用新进展：2016年1月6日， Science子刊《Science Translational Medicine》发表一篇将利用荧光探针成像从而提高肿瘤切除完全概率的文章。 来自于杜克大学、麻省理工学院和Lumicell公司的研究团队共同研发出一种含有荧光探针能够识别、标记癌变组织的蓝色制剂-LUM015，借助外源设备能够帮助外科医生优化肿瘤切除手术，以及提高放疗精准度。2016年7月Nature Biotechnology杂志发表一篇《一个能够用于双色显微成像和增强生物发光的青色光可激发的橙色荧光蛋白》实现了单 一波长激发双色荧光成像。 来自中国科学院深圳先进技术研究院储军主持研发了目前最高灵敏度的生物发光探针Antares， 为活体内细胞追踪提供了高灵敏的平台， 实现了在小鼠脑内单一波长激发双色荧光成像和高灵敏的生物发光成像。 论文发表后作为Nature Methods研究亮点，受到高度评价。这都为荧光探针的具体应用提供了新的应用场景。

由于细胞RNA染料在科研领域应用甚广而得到广泛的关注、国内外陆续研发各种各样的RNA探针，然而能够实际落地生产应用的却寥寥无几。目前应用最多的商业化探针依然是美国Thermo Fisher Scientific公司生产的SYTO RNASelect™ Green Fluorescent Cell Stain。但是该产品有许多显而易见的缺点，例如光漂白严重、组织成像深度浅和该产品绿色荧光性质导致的穿透能力差、细胞损伤大、成像不清晰等。其他尚处在研究阶段的已报道的RNA探针主要是咔唑类、吲哚类和噻唑类荧光探针。这些探针的分子结构多数呈现“V”型结构特征，首先，基于咔唑的RNA探针主要关注基于2,7-咔唑的离子盐结构，而基于3,6-咔唑的探针具有成像DNA的能力。对于RNA成像研究，基于咔唑的RNA探针可以在固定细胞而不是活细胞中成像RNA。因为这种分子具有大分子的结构，所以无法通过细胞膜进入活细胞。其次，基于吲哚的RNA探针的结构特征主要是3,6-吲哚离子盐，与基于咔唑的RNA探针相比，这种探针具有检测活细胞中RNA的能力。第三，基于噻唑的RNA荧光探针显示出比上述两种探针更好的RNA在活细胞中的定位和成像能力。然而，其中多数RNA荧光探针由于种种原因没有达到推上市场的条件，这些原因包括但不限于细胞毒性大、染色不清晰、选择性差等。

未来预计打破的技术壁垒：为了解决以上问题，我们设计开发同时具有良好细胞膜穿透能强、毒性小、染色清晰、耐光漂白性好、成像清晰的红色荧光或者近红外荧光的RNA荧光探针，以用于活细胞细胞质和核仁内核糖核酸的荧光染色。

二、技术优势：

合成用于细胞中RNA染色的探针，筛选出性质优异的RNA探针，并总结分子结构对于光稳定性、细胞毒性和对RNA的识别能力的一般影响规律用于对RNA探针的改进。最终产品膜通透性、成像清晰度、细胞毒性、光稳定性、组织成像深度等方面全面超过SYTO RNASelect™ Green Fluorescent Cell Stain，并且荧光发射波长在红色区域以上的用于细胞成像的RNA染色剂。

实现的技术难点

对于小分子荧光探针，分子结构是决定其功能和性质的决定性因素，然而由于缺乏更高水平的技术手段，目前RNA探针机理的研究止步与合理的推断、没有确切的识别机理作为指导，因此没有确切的结构特征作为指导进行RNA探针的设计工作。关于探针其它性质，细胞膜穿透能力与探针的结构大小、水溶性和脂溶性息息相关，比较容易在设计设计阶段加以控制；成像的清晰度和荧光颜色可以通过控制探针分子中的吸供电子集团的吸供电子能力、吸供电子基团之间的共轭程度等手段来加大斯托克斯位移、降低背景荧光和使荧光发射红移等来实现。而光稳定性、细胞毒性和对RNA的识别能力则需要大量的筛选工作，同时总结分子结构对于光稳定性、细胞毒性和对RNA的识别能力的一般影响规律用于对RNA探针的改进。

四、社会与经济效益

该产品具有良好细胞膜穿透能力、毒性小、染色清晰的RNA荧光探针用于活细胞细胞质和核仁内核糖核酸的荧光染色，在膜通透性、成像清晰度、细胞毒性、光稳定性、组织成像深度等方面全面超过SYTO RNASelect™ Green Fluorescent Cell Stain，并且荧光发射波长在红色区域以上。

探索多领域应用场景，完成产品由实验室转化为市场认可的高灵敏度荧光探针。此举可打破国外对高技术领域的封锁垄断，为实现具有自主知识产权的高技术产品打下一片自有阵地。

五、转化需求

（1）本成果技术成熟，科研市场需求大，但项目大面积推广资金投入较大，需要政府给予一定的政策和资金扶持。（2）本技术成果也可在干细胞及外泌体研究中获得应用，但需要做进一步的针对性研究。（3）本成果中技术是以RNA检测为对象，需要在进一步适应性研究基础上，成果技术向不同生物医学领域全面扩展。