用户前沿 | 复旦大学张凡团队开发反离子配对的近红外二区菁染料用于生物医学多重成像

2024-02-04 11:02:15 天美仪拓实验室设备(上海)有限公司


近红外二区荧光多重成像技术可以同时对活体深层组织内的两个或者多个生物过程进行定性和定量的研究,因此,对于科研人员更好的理解疾病的发生机制、进行药物的筛选以及临床上的精确诊断具有重要的意义。然而,由于缺乏在水溶液中具有完整吸收光谱以及良好光谱分离的高亮度近红外二区染料,活体深层组织下的近红外二区荧光多重成像具有很大的挑战性。

张凡教授研究团队构建了一系列长波长的七甲川菁染料,并通过反离子配对策略有效增强了染料在水溶液中的光物理学性质。最后,通过结合反离子配对的染料和激发波长相匹配的激光器构建了近红外二区激发双色成像系统,并将该系统成功地用于同时成像小鼠的血液循环系统和代谢器官、肿瘤和肿瘤附近的血管系统、小鼠后肢的淋巴系统和血管系统。这是首次在活体深层组织内实现近红外二区激发和近红外二区发射的荧光多重成像。该研究成果于2022年3月16日以“Counterion-paired Bright Heptamethine Fluorophores with NIR-II Excitation and Emission Enable Multiplexed Biomedical Imaging”为题在线发表于《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

图 1. 摘要图

团队基于七甲川菁染料为母体设计了九种菁染料分子(命名为HC)。为了评估反离子配对的HCs染料的近红外二区激发成像性能,分别研究了模拟生物组织和真实生物组织中的光学穿透性能以及活体成像性能,结果表明反离子配对的染料胶束拥有更高的亮度。此外,小鼠的全身血管成像结果证明了反离子配对策略提高染料成像性能的有效性,为近红外二区激发的多重生物成像做好了准备(图2)。

图 2.(a)HC1342/F5-TPB胶束在脂肪乳剂中的穿透实验示意图;(b,c)HC1342/F5-TPB胶束覆盖2 mm小鼠肌肉组织后的成像示意图;(d-k)小鼠大脑、背部、后肢和腹部血管成像示意图。

团队通过结合反离子配对的染料和激发波长相匹配的激光器构建了近红外二区激发双色成像系统,并将该系统成功地用于同时成像小鼠的血液循环系统和代谢器官、肿瘤和肿瘤附近的血管系统、小鼠后肢的淋巴系统和血管系统(图3)。

图3. (a)HC1222/F5-TPB和HC1342/F5-TPB的归一化发射光谱以及1200-1300 nm通道(红色)和1450-1700 nm(青色)通道的伪彩色图像;(b)代谢系统双色成像的示意图;(c)肿瘤小鼠的双色成像示意图;(d)沿c中黄色虚线的横截面荧光强度分布;(e)淋巴管和后肢血管的双色成像示意图;(f)沿e中黄色虚线的横截面荧光强度分布。

总之,团队共设计合成了九个具有近红外二区发射的七甲川菁染料,并通过反离子配对策略增强了染料在水溶液中的光物理学性质。通过结合反离子配对的染料和激光器构建了近红外二区激发双色成像系统,并将该系统成功地用于同时成像小鼠的血液循环系统和代谢器官、肿瘤和肿瘤附近的血管系统、小鼠后肢的淋巴系统和血管系统,首次在活体深层组织内实现近红外二区激发和近红外二区发射的荧光多重成像。该研究拓展了荧光多重成像的能力,为活体深层组织内的生物医学成像提供了新的机会。

参考文献

Yang Yang#, Caixia Sun#, Shangfeng Wang*, Kui Yan, Mengyao Zhao, Bin Wu and Fan Zhang*. Counterion-paired Bright Heptamethine Fluorophores with NIR-II Excitation and Emission Enable Multiplexed Biomedical Imaging. Angew. Chem. Int.Ed. , 2022, 61, e202117436.

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