Novel AIE Fluorescent Probes for Ultrahigh Sensitivity and High Photostability in Lipid Droplets Imaging

doi:10.7503/cjcu20250410

Abstract

Abstract:

Two novel aggregation-induced emission（AIE）-active probes， TPA-H and TPA-2F， were designed and synthesized based on a triphenylamine（TPA） core. Systematic characterization demonstrated that both probes exhibit excellent biocompatibility（cell viability>90% at concentrations up to 50 µmol/L） and outstanding LD-targeting specificity with minimal colocalization with other organelles such as mitochondria and lysosomes. During early differentiation of 3T3-L1 adipocytes， both TPA-2F and TPA-H clearly visualized small and nascent LDs that were difficult to be detected with BODIPY， indicating superior imaging sensitivity compared to the existing fluorescent probes for LDs. Moreover， TPA-2F demonstrated exceptional photostability， retaining over 90% of its initial fluorescence intensity after 100 continuous laser scanning cycles， significantly outperforming TPA-H. This work not only provides two high-performance LD imaging tools but also highlights the potential of AIE luminogens（AIEgens） in organelle-specific bioimaging， offering promising avenues for early diagnosis and mechanistic research of lipid-related metabolic diseases.

Key words: Aggregation-induced emission（AIE）, Fluorescence imaging, Lipid Droplets, Photostability

CLC Number:

O657

TrendMD:

GAO Xin, QING Jia, HU Yichen, SHANGGUAN Zhichun, LIANG Tongling, ZHOU Yongsheng, ZHANG Guanxin, ZHANG Deqing. Novel AIE Fluorescent Probes for Ultrahigh Sensitivity and High Photostability in Lipid Droplets Imaging[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(4): 20250410.

Figures/Tables 5

Fig.1 X⁃ray crystal structure of TPA⁃H(A) and TPA⁃2F(C) and distribution of HOMO and LUMO of TPA⁃H(B) and TPA⁃2F(D)

Fig.2 Normalized absorption spectra of TPA⁃2F and TPA⁃H in DCM(A), and fluorescence spectra of TPA⁃2F as a function of Hex ratio in DCM/Hex mixtures(B)

Fig.3 Cytotoxicity of TPA⁃2F(A) and TPA⁃H(B) in 3T3⁃L1 cells

Fig.4 Dynamic monitoring of lipid droplet formation using TPA⁃2F and TPA⁃H3T3-L1 preadipocytes were induced to differentiate, and cells were stained at day 1(A), 3(B), 7(C), and 10(D) post-induction with DAPI(blue), the corresponding probe(TPA-2F or TPA-H, red), and BODIPY 493/503(green). Bright-field(BF) images are shown in gray. The merged and 4× magnified views(insets) highlight regions of interest. Orange arrows in the magnified images indicate small or nascent lipid droplets that are clearly visualized by TPA-2F or TPA-H but are not readily detected by BODIPY 493/503. The analysis of the Pearson correlation coefficient was performed and plotted using ImageJ. Scale bar: 40 μm, 10 μm(magnified views).

Fig.5 Photostability comparison of TPA⁃2F and TPA⁃H（A） Representative confocal images of cells stained with TPA-2F（top） or TPA-H（bottom） during continuous laser scanning. Scale bar： 40 μm. （B） Quantitative analysis of fluorescence intensity decay under continuous scanning. Cells stained with each probe were subjected to 200 cycles of laser scanning（570 nm excitation） at 10 s intervals. The relative fluorescence intensity is plotted against the scan number. TPA-2F demonstrates superior photostability， retaining over 90% of its initial fluorescence intensity after 100 scans， whereas the intensity of TPA-H shows a marked decline after about 50 scans.

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