J-聚集體用于1500 nm以上近紅外第二窗口的生物動(dòng)態(tài)血管熒光成像

         精準(zhǔn)的生物醫(yī)學(xué)成像方法對(duì)疾病的診斷和預(yù)后至關(guān)重要。其中，熒光成像具有較高的靈敏度、分辨率和快速反饋等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)了近紅外第二窗口（NIR-II）內(nèi)的光子對(duì)生物組織具有較高的穿透深度和信噪比；尤其位于1500-1700 nm范圍內(nèi)的光子，生物組織在此范圍內(nèi)具有更低的散射、吸收和自發(fā)熒光。因此，位于1500-1700 nm范圍內(nèi)的生物熒光成像研究顯示出了巨大的潛力，這激發(fā)了一系列探針的發(fā)展，包括稀土納米顆粒、單壁碳納米管和量子點(diǎn)等。然而由于上述無(wú)機(jī)納米材料潛在的生物毒性，近年來(lái)具有相對(duì)分子量較小以及易于代謝特性的近紅外二區(qū)有機(jī)探針引起了廣泛的關(guān)注。然而目前有機(jī)熒光染料僅通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾很難實(shí)現(xiàn)最大吸收波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)的紅移。尤其對(duì)于最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)位于1300 nm以上的有機(jī)分子的設(shè)計(jì)合成。因此，急需開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單有效的制備方法來(lái)延長(zhǎng)有機(jī)熒光染料的最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)，并用于生物活體成像。

         針對(duì)上述問(wèn)題，某大學(xué)教授研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型的NIR-II探針——花菁染料FD-1080 J-聚集體，它是基于花菁染料FD-1080和1,2-二肉豆蔻酰基-sn-甘油-3-磷酸膽堿（DMPC）的自組裝而形成的J-聚集體，其最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)均超過(guò)1300 nm。J-聚集在生理?xiàng)l件下顯示出較高的親水性和穩(wěn)定性。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬證明了磷脂DMPC與花菁染料FD-1080在J-聚集體形成過(guò)程中的相互作用。同時(shí)，相對(duì)于短波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的熒光成像，位于1500 nm以上的熒光成像具有更高分辨率和信噪比的成像效果。此外，研究人員證明了利用J-聚集體可以監(jiān)測(cè)臨床使用的Isoket降壓藥給藥后高血壓大鼠頸動(dòng)脈血管的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程用于評(píng)價(jià)降壓效果。該研究成果于2019年11月發(fā)表在JACS頂級(jí)期刊上。
   
 
         綜上所述，研究團(tuán)隊(duì)利用生物相容性的DMPC磷脂和花菁染料FD-1080組裝并發(fā)生J-聚集以形成新型的近紅外二區(qū)熒光探針，其可以在1500 nm以上的近紅外二區(qū)窗口進(jìn)行體內(nèi)生物成像。同時(shí)，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬表明了磷脂DMPC與花菁染料FD-1080在J-聚集形成過(guò)程中的相互作用。FD-1080 J-聚集體探針可確保在近紅外二區(qū)中以更高的信噪比和空間分辨率進(jìn)行生物成像，也可以監(jiān)測(cè)患有高血壓大鼠服用降壓藥后降壓過(guò)程中的動(dòng)態(tài)血管變化�？傊�，該研究為制備近紅外二區(qū)有機(jī)染料探針制備提供了一條新穎的途徑，并且該途徑可擴(kuò)展到其他近紅外分子染料J-聚集體的制備以在更長(zhǎng)的波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的生物成像。
 
參考文獻(xiàn):
Caixia Sun+, Benhao Li+, Mengyao Zhao, Shangfeng Wang, Zuhai Lei, Lingfei Lu, Hongxin Zhang, Lishuai Feng, Chaoran Dou, Dongrui Yin, Huixiong Xu, Yingsheng Cheng, Fan Zhang*.J-aggregates of Cyanine Dye for NIR-II In-vivo Dynamic Vascular Imaging Beyond 1500 nm. J. Am. Chem. Soc., 2019, 141(49), 19221-19225. 

| 儀器推薦  
         文中利用近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了小鼠大腦和后肢血管成像實(shí)驗(yàn)，并監(jiān)測(cè)小鼠服用臨床使用的降血壓藥后的效果實(shí)驗(yàn)。該小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)功能強(qiáng)大，相機(jī)性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機(jī)可供選擇。檢測(cè)靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)大視野以及局部小動(dòng)物高信噪比和高分辨活體成像。自主開(kāi)發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實(shí)時(shí)反映儀器狀態(tài)，自動(dòng)化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費(fèi)升級(jí)。該成像系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景多樣化，可用于小動(dòng)物近紅外二區(qū)寬場(chǎng)成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，成像功能亦可進(jìn)一步升級(jí)擴(kuò)展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測(cè)試、多通道成像與原位光譜測(cè)試等。該系統(tǒng)可應(yīng)用于活體小動(dòng)物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測(cè)、藥物追蹤與活體原位疾病檢測(cè)等。