新型近紅外二區(qū)有機(jī)小分子染料用于動(dòng)物血流動(dòng)態(tài)成像

         維持血液循環(huán)系統(tǒng)于良好的工作狀態(tài)，是生物機(jī)體得以生存的基本條件，因此對(duì)血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控具有重要意義。在血流監(jiān)控過(guò)程中，不僅需要在單個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行的靜態(tài)成像，更需要對(duì)其實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。與傳統(tǒng)的近紅外窗口（780-900 nm）相比，近紅外二區(qū)（NIR-II; 1000-1700 nm）光學(xué)生物熒光成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高的信噪比和生物組織穿透深度。而有機(jī)分子探針由于具有相對(duì)分子量較小，易于代謝，生物毒性低等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于未來(lái)的生物醫(yī)用轉(zhuǎn)化具有較大的潛力。目前雖然有機(jī)NIR-II熒光探針已經(jīng)被廣泛報(bào)道用于活體成像，然而由于其血液循環(huán)半衰期較短（約5-60分鐘），無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)血液循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

         某大學(xué)教授研究團(tuán)隊(duì)以2-苯基吲哚等為原料，通過(guò)兩步反應(yīng)可高產(chǎn)率（90%）合成最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)均大于1000 nm的水溶性近紅外成像探針LZ-1105。該分子內(nèi)芳香母核上扭轉(zhuǎn)的吲哚環(huán)提供了較大的空間位阻，端基上含有的四個(gè)磺酸根基團(tuán)進(jìn)一步賦予了LZ-1105較高的水溶性。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)利用密度泛函理論解釋了LZ-1105有機(jī)小分子的電子特性和類似化合物L(fēng)Z系列分子的光譜差異及規(guī)律，為NIR-II有機(jī)小分子探針的設(shè)計(jì)與合成提供了新思路。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明此分子探針可特異性與血液中的纖維蛋白原結(jié)合形成復(fù)合物，從而具有較長(zhǎng)的血液循環(huán)時(shí)間（半衰期為3.2小時(shí)），可用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)小鼠下肢血管缺血再灌注，動(dòng)脈血栓的溶栓過(guò)程以及血腦屏障的開(kāi)啟和關(guān)閉等生理變化。 該研究成果在線發(fā)表于《自然 通訊》（Nat. Commun., 2020, 11, 3102. ）。

 

參考文獻(xiàn)：
Benhao Li+, Mengyao Zhao+, Lishuai Feng, Chaoran Dou, Suwan Ding, Gang Zhou, Lingfei Lu, Hongxin Zhang, Feiya Chen, Xiaomin Li, Guangfeng Li, Shichang Zhao, Chunyu Jiang, Yan Wang, Dongyuan Zhao, Yingsheng Cheng, Fan Zhang*. Organic NIR-II Molecule with Long Blood Half-Life for In Vivo Dynamic Vascular Imaging. Nat. Commun., 2020, 11, 3102. 

 

         文中利用近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST分別完成了NIR-II窗口的小鼠全身血管成像，小鼠的淋巴系統(tǒng)、后肢和腦部成像以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)小鼠下肢血管缺血再灌注，動(dòng)脈血栓的溶栓過(guò)程以及血腦屏障的開(kāi)啟和關(guān)閉等生理變化成像實(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。