近紅外二區(qū)水溶性新一代D-A-D小分子染料探針及其生物應用的開發(fā)

文章要點：近日，一種新型電子受體在Nature Communications期刊上報道，即6,7-二噻吩基-[1,2,5]噻二唑[3,4-g]喹喔啉 (TQT), 并基于該電子受體合成新的水溶性NIR-II染料FT-TQT（圖1）。利用該探針，獲得高分辨NIR-II血管成像，并實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測腫瘤血管阻斷劑CA4P切斷腫瘤血管的過程。

 

 

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相較于傳統(tǒng)近紅外一區(qū)成像（400-900 nm），近紅外二區(qū)熒光成像因其更高的組織穿透力、更低的生物組織自熒光和更高的信噪比，在生物醫(yī)學研究中受到越來越多的關注。作為熒光成像的重要組成部分，近紅外二區(qū)熒光染料的研發(fā)也備受研究者的重視。特別是，近年來廣泛研究的電子供體-電子受體-電子供體（D-A-D）類小分子近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光染料，展現(xiàn)出來很多優(yōu)越性質(zhì)。但目前大多數(shù)報道的小分子NIR-II有機熒光分子常為疏水性，限制了其蛋白標記等應用。生物成像應用時需封裝于聚合物基質(zhì)中，體內(nèi)清除速度慢，GMP制備難度大。研究水溶性小分子D-A-D染料是目前擴展NIR-II應用范圍重要的解決方案。

 

前期研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有D-A-D類近紅外二區(qū)熒光染料主要以苯并噻二唑（BBT）和6,7-二苯基-[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹惡啉（PTQ）結構為電子受體。上述電子受體或在堿性等嚴苛條件下極不穩(wěn)定，或在吸收/發(fā)射光譜上存在藍移現(xiàn)象，限制了該類探針的廣泛應用。因此，研發(fā)具有高穩(wěn)定性和吸收/發(fā)射紅移的新型電子受體，對于設計新一代D-A-D類NIR-II有機熒光團至關重要。

 

圖1

 

首先，研究人員證明了TQT具有較高的堿穩(wěn)定性（vs BBT）以及發(fā)射光譜紅移（vs. PTQ），表明TQT可更耐受嚴苛的合成條件，因而具備更多結構修飾的潛力（圖2）。

 

圖2. a、b為三個電子受體的吸收、發(fā)射譜圖；c、d為不同電子受體在不同三乙胺體積分數(shù)下的穩(wěn)定性。

 

其次，研究人員以BBT、TQT為電子受體，合成不同電子受體以及不同供體單元的NIR-II染料，并對其光化學性質(zhì)進行比較。以TQT為電子受體的D-A-D NIR-II熒光探針在活性氧/氮物種（ROS/RNS）、金屬離子和活性生物分子以及各種堿性條件下表現(xiàn)出超高穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)T-TQT因其高光/化學穩(wěn)定性、高度水溶性以及適宜的發(fā)射波長（λmax = 1034 nm），被篩選用于血管成像及藥效評估。

圖3. FT-TQT用于腦血管及腫瘤血管體視顯微鏡成像。

 

血管阻斷劑CA4P可選擇性切斷腫瘤血管，阻斷腫瘤供給，從而引起腫瘤壞死。成像前30 分鐘，給予CA4P處理，可實時監(jiān)測CA4P治療后腫瘤血管破裂的動態(tài)過程（圖4）。

圖4. a 血管阻斷劑CA4P給藥后，腫瘤血管切斷的示意圖；b 未給與CA4P，腫瘤血管熒光成像圖；c 給與CA4P 30 min 后，腫瘤血管的實時NIR-II成像圖。

 

總結：盡管近紅外二區(qū)D-A-D型小分子熒光探針的開發(fā)已取得很大進展，但對電子受體單元仍然缺乏關注。本研究提供了一種新的電子受體結構，為新一代D-A-D NIR-II熒光探針的開發(fā)提供了新的策略。同時，利用該電子受體合成的熒光探針實現(xiàn)了生理或病理狀態(tài)下血管的高保真成像，并實時監(jiān)測CA4P治療后腫瘤血管破裂的動態(tài)過程，這將有希望未來用于類似靶點化合物藥效快速評價以及藥物篩選。

 

 

參考文獻

doi.org/10.1038/s41467-022-31521-y

 

 

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