顆粒在線訊：基于小分子熒光染料的熒光定量技術被廣泛應用于藥物發(fā)現(xiàn)、細胞分析、體外診斷、環(huán)境檢測和生物醫(yī)學成像等領域。相對于可見光染料，近紅外染料由于更低的熒光背景，應用更為廣泛。但目前常見的商業(yè)近紅外染料具有結構復雜、分子量大、斯托克位移小等缺點。大斯托克斯位移染料由于吸收與發(fā)射曲線交叉較少，熒光成像性噪比高，受到越來越多的重視。但結構簡單、分子量小、斯托克斯位移大的近紅外染料報道較少。

　　近日，中國科學院上海藥物研究所等在仿生大斯托克斯位移小分子染料的開發(fā)及其生物醫(yī)學應用方面取得進展。研究人員通過熒光蛋白（Fluorescent protein）生色團核心骨架對羥苯乙烯咪唑啉酮（p-HBI）在綠色熒光蛋白（GFP）向紅色熒光蛋白（RFP）轉變時生色團結構的變化獲得啟發(fā)，對p-HBI母核進行結構修飾，將其中的咪唑啉酮用噁唑酮替代，并將對羥基苯環(huán)替換成可以明顯延長探針的發(fā)射波長的N, N-二甲基苯乙烯，從而設計了一類以苯乙烯噁唑酮為骨架的D-A-D型有機小分子熒光探針（圖1），并開發(fā)了其生物醫(yī)學應用。相關成果于近日以Bioinspired Large Stokes Shift Small Molecular Dyes for Biomedical Fluorescent Imaging為題發(fā)表在Science Advances上。　　　　

　　研究人員設計合成了12個苯乙烯噁唑酮類小分子熒光探針SOD1-12，并對其光學性質、細胞及活體成像應用進行研究。通過化合物SOD10的單晶衍射結果，研究人員確認該類化合物結構中噁唑酮的環(huán)外雙鍵保持順式，化合物SOD1-12均表現(xiàn)出長斯托克斯位移的特性，其斯托克斯位移在136 nm~198 nm之間。同時，這些染料吸收波長集中在485 nm左右，熒光發(fā)射波長均超過635 nm，達到近紅外窗口。研究發(fā)現(xiàn)該類化合物均表現(xiàn)出良好的生物安全性。其中化合物SOD9吸收波長峰值492 nm，發(fā)射波長峰值650 nm，具有良好的光學性質。生物測試發(fā)現(xiàn)，該染料可快速透過細胞膜聚集在細胞質中，經(jīng)小鼠尾靜脈注射后5 min迅速穿透血腦屏障，蓄積在腦部，且腦部的清除速率明顯慢于全身其他部位（圖2）?！　?/p>

　　通過三苯基膦修飾該染料，研究人員得到了線粒體特異性靶向的化合物SOD9-TPP。靜脈注射發(fā)現(xiàn)其可特異性靶向腫瘤部位，并成功應用于小鼠原位頭頸部鱗狀細胞癌模型的熒光成像指導手術及在線病理分析（圖3）。同時發(fā)現(xiàn)SOD9-TPP也可以透過血腦屏障，實現(xiàn)了對腦部神經(jīng)元的動態(tài)監(jiān)測（圖4）。

　　苯乙烯噁唑酮類小分子熒光探針的開發(fā)，擴充了常見小分子熒光染料結構集中在氧雜蒽類、二吡咯亞甲基硼類（BODIPY）、花菁類（Cy）和香豆素類的范疇，為小動物活體腫瘤及腦部熒光成像等生物醫(yī)學應用提供了新選擇。

　　該研究獲得了臨港實驗室“求索杰出青年計劃”、科技創(chuàng)新2030-“腦科學與類腦研究”重大項目、國家自然科學基金、上海市科技重大專項等項目的資助。

圖1 SOD染料仿生設計思路，合成路線及單晶衍射圖

圖2 SOD9及SOD9-TPP染料吸收發(fā)射光譜，細胞染色及活體成像圖

圖3 原位頭頸部腫瘤共聚焦熒光內窺鏡成像圖及病理分析圖

圖4 腦組織共聚焦熒光內窺鏡成像圖