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實現體內實時,、雙色NIR-II成像的近紅外熒光探針

時間:2023/10/9閱讀:244
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本文要點:多重熒光成像主要應用于細胞成像,NIR區(qū)域的多色熒光成像能夠可視化體內的各種生物過程,適用于機制研究,、疾病診斷和成像引導手術,可提供體外成像無法獲得的信息,。傳統(tǒng)上,,多重熒光成像可以通過使用共同激發(fā)波長,、不同檢測通道,然后進行光譜分解來完成,。然而,,由于NIR區(qū)域的分辨率和對比度各異,每個檢測通道的分辨率將有顯著差異,??梢酝ㄟ^多路復用激發(fā)和單通道檢測以避免該問題,使所有窗口具有一致的分辨率和對比度,。為了實現多路復用成像,,非常需要具有良好間隔的吸收和發(fā)射光譜的NIR-II熒光探針相互匹配,可以用單獨的激發(fā)波長激發(fā)并在相同的NIR-II發(fā)射波長中檢測,。近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)MARS



目前,,大多數近紅外熒光探針具有較小的斯托克斯位移、突出的自猝滅特性,,并且傾向于流出細胞,,不利于體內高對比度的細胞跟蹤。因此,,迫切需要開發(fā)具有長發(fā)射波長,、大斯托克斯位移、優(yōu)異的抗猝滅能力且在細胞中停留時間長的近紅外熒光團,。

鑒于此,,本研究開發(fā)了兩種菁染料:FNIR-1090和IR-765,其中FNIR用于標記癌癥細胞,,在近紅外II區(qū)(NIR-II)進行多路激發(fā)和單通道檢測,,用于體內雙色成像(方案1)。


方案1. 雙色體內熒光成像和使用FNIR-1090標記癌癥細胞


FNIR-1090是在Pr-1099衍生物上通過SRN1置換反應與1-乙基pai嗪連接而構建的,,在連續(xù)808nm激光照射下顯示出優(yōu)異的量子產率(0.074%)和令人滿意的光穩(wěn)定性,。IR-765是通過Vilsmeier-Haack試劑與2-(3,5,5-三甲基環(huán)己-2-亞苯基)丙二腈(TEMO)的一步反應合成的,在連續(xù)660nm激光照射下具有高效的光穩(wěn)定性,、良好的生物相容性,、高量子產率(6.7%)和優(yōu)異的抗光漂白性能。盡管IR-765發(fā)射max值不在NIR-II區(qū)域,,但好的熒光亮度使其熒光發(fā)射尾部在NIR-II成像系統(tǒng)中很容易被檢測到,。


圖1. FNIR-1090(a)和IR-765(b)的吸收與發(fā)射光譜


使用NIR-II成像系統(tǒng)研究兩種探針在不同介質(DMSO,4%吐溫-20/PBS,,1×PBS緩沖液和4T1細胞懸浮液)中的串擾,。發(fā)現FNIR-1090和IR-765在不同介質中都保持了明顯的熒光信號,不會相互干擾,。


圖2. FNIR-1090和IR-765在不同介質中的串擾


在含10% FBS的PBS溶液中,,IR-765和FNIR-1090分別在660nm和808nm激光連續(xù)照射1小時后,,相對熒光強度沒有明顯變化,表現出優(yōu)異的光穩(wěn)定性,。在37℃孵育下,,FNIR-1090的相對熒光強度相當穩(wěn)定。而IR-765的熒光信號在3小時后達到max值,,然后保持相對恒定,,可能是由于IR-765和FBS蛋白內部疏水結構域結合,導致熒光強度增高,。


圖3. FNIR-1090和IR-765的光穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性


將IR-765腹腔注射到小鼠體內,然后將FNIR-1090標記的4T1細胞靜脈注射到小鼠體內,,用于體內雙色成像,。如圖4,探針分布清晰可見,,IR-765和FNIR-1090的信噪比分別約為3.5和2.6,,光學串擾可以忽略不計。IR-765和FNIR-1090顯示出優(yōu)異的體內雙色NIR-II成像能力,,高對比度雙通道成像可以對不同的組織進行清晰的區(qū)分,,促進對深層組織進一步的探索,以獲得多路信息,。


圖4. 小鼠體內多重熒光成像


總之,,本研究設計并合成了兩種新型菁基熒光探針(FNIR-1090、IR-765),,用于體內實時雙色近紅外成像,。兩種探針吸收光譜幾乎分離,熒光串擾可忽略不計,,且表現出優(yōu)異的光穩(wěn)定性,、化學穩(wěn)定性、大斯托克斯位移,,以及良好的組織穿透能力和高分辨率,,是可用于生物醫(yī)學開發(fā)的優(yōu)質NIR-II區(qū)熒光染料。


參考文獻

Huixian Jia, Yujie Liu, Wei Tang, Chenghui Liu, Xinrui Duan, Near-infrared fluorescent probes for non-invasive, real-time, and dual-color in vivo NIR-II imaging, Sensors and Actuators B: Chemical. 396 (2023) 134595.


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近紅外二區(qū)小動物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

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