最新成果開發(fā)出一種分子盾牌，可穩(wěn)定活體紅外熒光成像的染料！

科學家可以通過熒光成像等非侵入性光學方法監(jiān)測活組織中的生物分子過程。然而，用于此目的的熒光染料通常相當不穩(wěn)定，光漂白、缺乏特異性和較差的藥代動力學是反復出現(xiàn)的問題?，F(xiàn)在科學家已經(jīng)開發(fā)出一種分子盾牌，可以穩(wěn)定近紅外熒光染料，并增強其功能性，其合成和表征的研究成果發(fā)表在《Angewandte Chemie》期刊上。

熒光生物成像通常使用近紅外光區(qū)域，因為這種輻射可以有效地穿透人體組織。為此目的設計的熒光染料通常具有扁平、對稱的分子結構，這有利于近紅外光的吸收，但染料也需要是水溶性的，并攜帶用于與靶向生物分子（如抗體或腫瘤結合肽）偶聯(lián)的官能團，這類熒光染料中的一種名為七甲基菁，或Cy7，目前正在研究其在外科中的應用。

然而，Cy7分子也有其缺點，光吸收發(fā)色團容易受到氧自由基的影響，從而導致漂白。此外，扁平的剛性分子可能聚集在一起，并與其他生物分子非特異性地相互作用，這會減緩它們從體內(nèi)的清除速度。為了解決這些問題，美國圣母大學的布拉德利·D·史密斯(Bradley D.Smith)和研究團隊改進了染料的化學結構。為了保護七甲基胺發(fā)色團不受氧氣攻擊，研究引入了一個龐大而智能的盾牌。

在發(fā)色團中央部分的頂部附加了一個龐大的芳香族基團，并為這個頂層基團配備了長的屏蔽臂，突出在發(fā)色團的兩個面上，就像一只鳥用翅膀覆蓋著它的巢穴。由此產(chǎn)生的染料，科學家們稱之為“立體屏蔽的七甲基菁染料”或s775z，是水溶性的，并提供穩(wěn)定的熒光，屏蔽的架構防止了聚集和光漂白。這種染料對化學降解非常穩(wěn)定，可以“無限期”儲存在普通冰箱中。

研究人員還在活體老鼠身上進行了成像研究，發(fā)現(xiàn)與所有其他研究的染料相比，s775z沒有在血液清除器官中積聚，但很快就被沖出了體內(nèi)。此外，S775z的癌癥靶向版本在腫瘤中積累了很高的水平，并可以通過活鼠的熒光成像進行可視化。S775z染料可將用于廣泛的生物醫(yī)學成像應用，從平面分子到三維屏蔽結構的轉(zhuǎn)變，是讓這類近紅外熒光染料更穩(wěn)定、更高效的關鍵。

熒光七甲基菁染料近紅外窗口對光有很深的穿透力，背景熒光可以忽略不計，極大地方便了生物成像。然而，染料的不穩(wěn)定性、聚集性和較差的藥代動力學是目前限制其性能和可能應用范圍的缺點。所有這些限制都被一種新的分子設計策略同時克服，這種策略可以產(chǎn)生電荷平衡和空間屏蔽的熒光色素。主要的設計特征是一個中位芳基，它同時將兩個屏蔽臂直接突出在線性七甲基多烯的每個面上。

細胞和小鼠成像實驗將屏蔽的七甲基菁染料（以及幾種肽和抗體的生物結合物）與基準的七甲基染料進行比較，發(fā)現(xiàn)屏蔽體系具有無與倫比的光物理、物理化學和生物分布特性的組合，極大地提高了生物成像性能。

博科園｜研究/來自：Wiley

研究發(fā)表期刊《Angewandte Chemie》

DOI: 10.1002/anie.202004449