顆粒在線(xiàn)訊：基于小分子熒光染料的熒光定量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)、細(xì)胞分析、體外診斷、環(huán)境檢測(cè)和生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。相對(duì)于可見(jiàn)光染料，近紅外染料由于更低的熒光背景，應(yīng)用更為廣泛。但目前常見(jiàn)的商業(yè)近紅外染料具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子量大、斯托克位移小等缺點(diǎn)。大斯托克斯位移染料由于吸收與發(fā)射曲線(xiàn)交叉較少，熒光成像性噪比高，受到越來(lái)越多的重視。但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分子量小、斯托克斯位移大的近紅外染料報(bào)道較少。

　　近日，中國(guó)科學(xué)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(kāi)發(fā)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面取得進(jìn)展。研究人員通過(guò)熒光蛋白（Fluorescent protein）生色團(tuán)核心骨架對(duì)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(zhuǎn)變時(shí)生色團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化獲得啟發(fā)，對(duì)p-HBI母核進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，將其中的咪唑啉酮用噁唑酮替代，并將對(duì)羥基苯環(huán)替換成可以明顯延長(zhǎng)探針的發(fā)射波長(zhǎng)的N, N-二甲基苯乙烯，從而設(shè)計(jì)了一類(lèi)以苯乙烯噁唑酮為骨架的D-A-D型有機(jī)小分子熒光探針（圖1），并開(kāi)發(fā)了其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。相關(guān)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?！　　　?/p>

　　研究人員設(shè)計(jì)合成了12個(gè)苯乙烯噁唑酮類(lèi)小分子熒光探針SOD1-12，并對(duì)其光學(xué)性質(zhì)、細(xì)胞及活體成像應(yīng)用進(jìn)行研究。通過(guò)化合物SOD10的單晶衍射結(jié)果，研究人員確認(rèn)該類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(shí)，這些染料吸收波長(zhǎng)集中在485 nm左右，熒光發(fā)射波長(zhǎng)均超過(guò)635 nm，達(dá)到近紅外窗口。研究發(fā)現(xiàn)該類(lèi)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(zhǎng)峰值492 nm，發(fā)射波長(zhǎng)峰值650 nm，具有良好的光學(xué)性質(zhì)。生物測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該染料可快速透過(guò)細(xì)胞膜聚集在細(xì)胞質(zhì)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(guò)三苯基膦修飾該染料，研究人員得到了線(xiàn)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(yīng)用于小鼠原位頭頸部鱗狀細(xì)胞癌模型的熒光成像指導(dǎo)手術(shù)及在線(xiàn)病理分析（圖3）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)SOD9-TPP也可以透過(guò)血腦屏障，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦部神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（圖4）。

　　苯乙烯噁唑酮類(lèi)小分子熒光探針的開(kāi)發(fā)，擴(kuò)充了常見(jiàn)小分子熒光染料結(jié)構(gòu)集中在氧雜蒽類(lèi)、二吡咯亞甲基硼類(lèi)（BODIPY）、花菁類(lèi)（Cy）和香豆素類(lèi)的范疇，為小動(dòng)物活體腫瘤及腦部熒光成像等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新選擇。

　　該研究獲得了臨港實(shí)驗(yàn)室“求索杰出青年計(jì)劃”、科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科技重大專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

圖1 SOD染料仿生設(shè)計(jì)思路，合成路線(xiàn)及單晶衍射圖

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

圖3 原位頭頸部腫瘤共聚焦熒光內(nèi)窺鏡成像圖及病理分析圖

圖4 腦組織共聚焦熒光內(nèi)窺鏡成像圖