2018年12月1日，在成都市高新区星宸国际会议中心顺利召开！为培养青年创新创业人才，本次大会特设青年论坛，邀请了四川大学华西医院教授吴昊星、四川大学华西医院教授苟马玲、四川大学华西药学院副教授王乾韬、四川大学华西药学院副教授程妍四位年轻的研究者汇报最新科研进展；同时四川致坚医疗科技有限公司CEO谢跃兵、福际生物CEO李俊、四川大学华西医院骨科医师王贤帝、四川诺瀚康科技有限公司CEO卢涛四位年轻的创新创业者向大会分享了经验与成果。今天，我们来分享一下吴昊星教授的最新科研进展。

生物正交化学在影像医学上的应用

今天很容易荣幸在这里介绍一下我研究领域。提到一般的化学反应，大家首先的印象可能是更需要加热呀它可能需要一些无水无氧，然后在烧瓶里进行的化学反应。大家脑子里可能都是这样的形象，但是随着近年来一些新的精准医学也好，药物传递的靶向性的要求也好，我们更希望有些化学反应的进行伴随生命进程而发生。

比如说我们示踪斑马鱼从胚胎到成熟的过程，生命很重要的糖是怎样分布的，糖怎么随着胚胎发育到重要神经组织的时候，我们可以用一个化学标记的糖等这个鱼从胚胎发育到整体之后，进行荧光的标记。我们还可以实现把一些蛋白质结构中添加一些含有可以产生化学反应的、非天然氨基酸的一种、可以体现细胞亚显微结构的蛋白质的高分辨的荧光形象。还有一些更有趣的研究就是，我们可以在在体内进行一些药物合成，让药物合成的最后一步在体内进行。可以实现极大地降低对非靶向器官副作用，实现高效的靶向治。

还有一些有趣的方向，比如我们在做影像医学的过程中，核医学的探针，包括核素，存在一个天然半衰期。天然半衰期和天然大分子的抗体进行靶向分布，就必然存在一个天然快速的半衰期和大分子生物分布之间一个长时间一个短时间的矛盾。然后我们可以用化学反应实现具有放射性同位素的、体内的靶向追踪。

还有一些更有趣的例子是，在细胞内进行程序化的具有比对型蛋白质的水解，用化学反应调控蛋白质的过程，这一些列在体内进行的反应需要一些重要的形式。比如说A+B的化学反应，它能够在复杂的细胞体内发生，细胞体内可能有核酸，可能有蛋白质，可能有糖，用不同的有活性的基团，在水、氧气、或者还原条件下与生物体高效地反应，这个反应叫生物正交反应。生命体不对这个化学反应进行干扰，同时其产物也不会干扰底物。近年来有一系列这种反应被开发出来。

四嗪化合物是一个非常老的化合物，它的双键是反式的，在平面八元环它的张力是很强的。四嗪反映的二级动力常数可以达到10^16每摩尔每秒。这大概是什么样的概念呢？我们向1摩尔四嗪化合物的试管里滴加一滴红色反应物，它就消失了，反应就完成了。

为什么我们需要这么快的化学反应动力学来实现这个呢？是因为我们在体内的标记的药物、传递或者来监控药物小分子的时候，它的浓度非常低的，低于一个micromol，如果化学反应动力学低于10^2~10^3，它进行这样一个化学反应的半衰期就需要，可能我们需要一个极快的动力学来完成这个式子。

四嗪分子是一个很老的分子，早在19世纪末就被发现了。吡啶的话是一个单环的，可以得到的六元环体系，在曾经被用来做醛固醇的过程中，进行一个烷烃的构建，或者变成炸药，还有一些用途，有机金属的配体，人们发现它可以生物体上应用。我发现它是一个吸电子单环体系，适合发生偶联反应，又发展用四嗪化合物的一系列反应之后呢，可以连接在生物分子上，比如说氨基酸、核酸的小分子。我们就可以把它和荧光分子相连。如果和四嗪相连，荧光被四嗪吸走了，成为没有荧光的化合物。通过简单化学反应使荧光百倍千倍的开启，可以实现在体内作活细胞标记，靶向地看抗体怎样分布的。还有一些科学家用这个探针实现了斑马鱼胚胎发育中重要分子在体内分布的成像。我在想这个方法能不能用在体外检测的过程中。biomarker和重要疾病有密切的关系，能不能通过这个方法，以载体或立体，来实现四嗪连在一些列核酸探针，再与检测的目标物互补配对，催化诱导进行。

在反应结束之后，有荧光的释放，得到一对解离产物，在体内的DNA模板配对有一个热力学和动力学的平衡，可以让化学反应的循环地进行，从而使得检测目标催化了有机化学反应的发生，同时作为目标五得到信号放大的荧光信号。我们利用化学反应可以实现在模板能够十倍十倍地降低的情况下我们得到了萤光放大的信号。在100至10nmol的浓度下，我们的荧光强度并没有降低十倍。这个可以作为体外检测的新的方法。体外样本在一个碱基变异的情况下，可以识别。

除此以外，在细胞内实现活细胞的过度表达的检测。绿色的荧光，除了近红外的荧光，有更好的组织穿透性，更低的组织毒性。四嗪的可见波长大约在500nm，很难实现更低波长的，近红外的荧光猝灭。四嗪作为末端烯烃的话，它可以发生碳的重排，形成苯酚的骨架。这种骨架存在于多种荧光分子中。通过这种反应实现近红外的荧光探针的开关，也成功实现了。也可以用于细胞体内的活细胞的定位实验。

接下来我们做的就是活体成像的离子。四嗪的制备需要无水肼，在中国没法做，所以我们在想能不能开发一种方法用很安全的水合肼，实现四嗪的多样化，以满足基础和生化工具，用的越来越多的转变。要兼容官能团的，可能需要氰基，在肼情况下进行缩合、氧化然后芳香化，可以参考一项生物学上的例子。多肽上很多都含有巯基，蛋白标记的时候会用到吸电子的芳环。荧光素，进行蛋白的点亮。前期人做过一些含氰基的药物，他做这个机理的时候，就是通过和蛋白巯基上进行一个可逆的作用来实现药效。所以我们就想可以通过巯基来激活氰基，形成一个更高活性的中间体，来构建。我们用很便宜的氨基酸来筛选，半胱苷酸，包裹一些取代半胱氨酸，都可以催化这个反应。多肽，巯基丙酸，水合肼，室温条件下就可以做了。这个反应有比较好的底物的拓展性，通过调控活性不同的两个氰基的比例之后就可以达到g级回收。通过这个方法我们希望可以对四嗪后续开发生物医学的研究。

Q&A

Q：无水肼在国外是不是可以直接买？

A：美国可以买到，直接制备

Q：有没做一些防护？

A：安全罩罩着，因为还要加热，要加热到75℃

Q：申请专利了没？

A：申请了国内专利

吴昊星，2002年考入四川大学华西药学院，本科毕业后继续在本院进行研究生学习，师从秦勇教授，并于2011获得博士学位，随后赴美进行博士后研究。于回国后在华西医院影像医学中心开展分子探针研究工作，同年入选国家“青年千人计划”，现任四川大学华西医院/华西临床医学院研究员、博士生导师。

征 稿

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