科學家可以通過熒光成像等非侵入性光學方法監(jiān)測活組織中得生物分子過程。然而，用于此目得得熒光染料通常相當不穩(wěn)定，光漂白、缺乏特異性和較差得藥代動力學是反復出現(xiàn)得問題。現(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，其合成和表征得研究成果發(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。為此目得設(shè)計得熒光染料通常具有扁平、對稱得分子結(jié)構(gòu)，這有利于近紅外光得吸收，但染料也需要是水溶性得，并攜帶用于與靶向生物分子（如抗體或腫瘤結(jié)合肽）偶聯(lián)得官能團，這類熒光染料中得一種名為七甲基菁，或Cy7，目前正在研究其在外科中得應(yīng)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得影響，從而導致漂白。此外，扁平得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)得清除速度。為了解決這些問題，美國圣母大學得布拉德利·D·史密斯(Bradley D.Smith)和研究團隊改進了染料得化學結(jié)構(gòu)。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得盾牌。
在發(fā)色團中央部分得頂部附加了一個龐大得芳香族基團，并為這個頂層基團配備了長得屏蔽臂，突出在發(fā)色團得兩個面上，就像一只鳥用翅膀覆蓋著它得巢穴。由此產(chǎn)生得染料，科學家們稱之為“立體屏蔽得七甲基菁染料”或s775z，是水溶性得，并提供穩(wěn)定得熒光，屏蔽得架構(gòu)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)與所有其他研究得染料相比，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得癌癥靶向版本在腫瘤中積累了很高得水平，并可以通過活鼠得熒光成像進行可視化。S775z染料可將用于廣泛得生物醫(yī)學成像應(yīng)用，從平面分子到三維屏蔽結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)變，是讓這類近紅外熒光染料更穩(wěn)定、更高效得關(guān)鍵。
熒光七甲基菁染料近紅外窗口對光有很深得穿透力，背景熒光可以忽略不計，極大地方便了生物成像。然而，染料得不穩(wěn)定性、聚集性和較差得藥代動力學是目前限制其性能和可能應(yīng)用范圍得缺點。所有這些限制都被一種新得分子設(shè)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得熒光色素。主要得設(shè)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得每個面上。
細胞和小鼠成像實驗將屏蔽得七甲基菁染料（以及幾種肽和抗體得生物結(jié)合物）與基準得七甲基染料進行比較，發(fā)現(xiàn)屏蔽體系具有無與倫比得光物理、物理化學和生物分布特性得組合，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
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