The efficiency of the intersystem crossing process can be improved by reducing the energy gap between the singlet and triplet excited states (ΔE_ST), which offers the opportunity to improve the yield of the triplet excited state.

Photodynamic therapy (PDT), which relies on photosensitizers (PS) and light to generate reactive oxygen species to kill cancer cells or bacteria, has attracted much attention in recent years. PSs with both bright emission and efficient singlet oxygen generation have also been used for image-guided PDT. However, simultaneously achieving effective 1 O2 generation, long wavelength absorption, and stable near-infrared (NIR) emission with low dark toxicity in a single PS remains challenging. In addition, it is well known that when traditional PSs are made into nanoparticles, they encounter quenched fluorescence and reduced 1 O2 production. In this contribution, these challenging issues have been successfully addressed through designing the first photostable photosensitizer with aggregation-induced NIR emission and very effective 1 O2 generation in aggregate state. The yielded nanoparticles show very effective 1 O2 generation, bright NIR fluorescence centered at 820 nm, excellent photostability, good biocompatibility, and negligible dark in vivo toxicity. Both in vitro and in vivo experiments prove that the nanoparticles are excellent candidates for image-guided photodynamic anticancer therapy.

Bacterial infection is one of the most serious physiological conditions threatening human health. There is an increasing demand for more effective bacterial diagnosis and treatment through noninvasive theranostic approaches. Herein, a new strategy is reported to achieve in vivo metabolic labeling of bacteria through the use of MIL-100 (Fe) nanoparticles (NPs) as the nanocarrier for precise delivery of 3-azido-d-alanine (d-AzAla). After intravenous injection, MIL-100 (Fe) NPs can accumulate preferentially and degrade rapidly within the high H2 O2 inflammatory environment, releasing d-AzAla in the process. d-AzAla is selectively integrated into the cell walls of bacteria, which is confirmed by fluorescence signals from clickable DBCO-Cy5. Ultrasmall photosensitizer NPs with aggregation-induced emission characteristics are subsequently designed to react with the modified bacteria through in vivo click chemistry. Through photodynamic therapy, the amount of bacteria on the infected tissue can be significantly reduced. Overall, this study demonstrates the advantages of metal-organic-framework-assisted bacteria metabolic labeling strategy for precise bacterial detection and therapy guided by fluorescence imaging.

A new red-emissive bioprobe TPE-red-2AP2H was developed by taking advantage of the unique emission feature of tetraphenylethylene and a cancer cell-specific peptide. By responding to the target protein and the acidic microenvironment of tumor cells, activated fluorescence bioimaging was achieved with high signal-to-noise ratio and without involving mutiple washing steps. Apart from targeting the membrane-anchored LAPTM4B proteins, TPE-red-2AP2H was successfully utilized to trace the intracellular movement of LAPTM4B protein. The generation of 1O2 under visible light irradiation makes this bioprobe also promising for targeted-photodynamic therapy. By discriminating the expression level of the target protein, TPE-red-2AP2H can respond to the progression status of tumors with different photodynamic therapy effect.

Activation of photosensitizers (PSs) in targeted lesion and minimization of reactive oxygen species (ROS) depletion by endogenous antioxidants constitute promising approaches to perform highly effective image-guided photodynamic therapy (PDT) with minimal non-specific phototoxicity. Traditional strategies to fabricate controllable PS platforms rely on molecular design, which requires specific modification of each PS before PDT. Therefore, construction of a general tumor-responsive PDT platform with minimum ROS loss from endogenous antioxidant, typically glutathione (GSH), is highly desirable. Herein, MOF-199, a Cu(II) carboxylate-based metal-organic framework (MOF), is selected to serve as an inert carrier to load PSs with prohibited photosensitization during delivery. After cellular uptake, Cu (II) in the MOFs effectively scavenges endogenous GSH, concomitantly induces decomposition of MOF-199 to release the encapsulated PSs, and recovers their ROS generation. In vitro and in vivo experiments demonstrate highly effective cancer cell ablation and anticancer PDT with diminished normal cell phototoxicity. This strategy is generally applicable to PSs with both aggregation-induced emission and aggregation-caused quenching to implement activatable and enhanced image-guided PDT.

Herein, a new fluorescence turn-on chemosensor 2-(4-(1,2,2-triphenylvinyl)phenoxy)acetic acid (TPE-COOH) specific for Al3+ was presented by combining the aggregation-induced-emission (AIE) effect of tertaphenylethylene and the complexation capability of carboxyl. The introduction of carboxylic group provides the probe with good water-solubility which is important for analyzing biological samples. The recognition toward Al3+ induced the molecular aggregation and activated the blue fluorescence of the TPE core. The high selectivity of the probe was demonstrated by discriminating Al3+ over a variety of metal ions in a complex mixture. A detection limit down to 21.6 nM was determined for Al3+ quantitation. Furthermore, benefiting from its good water solubility and biocompatibility, imaging detection and real-time monitoring of Al3+ in living HeLa cells were successfully achieved. The AIE effect of the probe enables high signal-to-noise ratio for bioimaging even without multiple washing steps. These superiorities make this probe a great potential for the functional study and analysis of Al3+ in complex biosystems.

SUMMARY The dynamic response of the cell to osmotic changes is critical to its physiology and has been widely exploited for cell manipulation. Using 3D-STORM super-resolution microscopy, here we examine the hypotonic stress-induced ultrastructural changes of the cytoskeleton of a common fibroblast cell type. Unexpectedly, we observe a fast, yet reversible dissolution of the vimentin intermediate filament system that precedes ultrastructural changes of the supposedly more dynamic actin and tubulin cytoskeletal systems, as well as changes in cell morphology. In combination with calcium imaging and biochemical analysis, we next show that the vimentin-specific fast cytoskeletal degradation under hypotonic stress is due to proteolysis by the calcium-dependent protease calpain. We find the process to be activated by the hypotonic stress-induced calcium release from intracellular stores, and so is efficiently suppressed by inhibiting any part of the IP 3 -Ca 2+ -calpain pathway we establish. Together, our findings highlight an unexpected, fast degradation mechanism for the vimentin cytoskeleton in response to the external stimuli, and point to the significant, yet previously overlooked physiological impacts of hypotonic stress-induced intracellular calcium release on cell ultrastructure and function.