基于空間位阻調(diào)節(jié)分子堆積的 NIR-II 熒光傳感器用于體內(nèi)癲癇可視化

        熒光傳感對(duì)于研究生物過(guò)程和診斷疾病至關(guān)重要，尤其是在背景信號(hào)可以變得較弱的第二近紅外（NIR-II）窗口中。然而，當(dāng)人們?cè)噲D將傳感波長(zhǎng)延伸到第二近紅外（NIR-II）區(qū)域以獲得更高的成像對(duì)比度時(shí)，構(gòu)建“開(kāi)-關(guān)”傳感器仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，這主要是由于難以合成光譜重疊的猝滅劑。

在本研究中，某大學(xué)教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的熒光猝滅策略，該策略利用空間位阻猝滅劑（SHQ）來(lái)調(diào)節(jié)熒光團(tuán)的分子堆積狀態(tài)并抑制發(fā)射信號(hào)。密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)一步表明，大的SHQ可以與熒光團(tuán)競(jìng)爭(zhēng)性地堆積并防止它們的自聚集?；谶@種猝滅機(jī)制，通過(guò)SHQ的生物分析物響應(yīng)性失效實(shí)現(xiàn)了一種新的可激活的“關(guān)-開(kāi)”傳感方法，即空間-阻礙失效geNerated 發(fā)光（SHINE）策略。作為概念驗(yàn)證，對(duì)ClO-敏感的SHQ可導(dǎo)致癲癇小鼠顱骨下海馬和高光子散射腦組織中明亮的NIR-II信號(hào)釋放，從而提供活體癲癇小鼠中ClO-生成過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化。

圖1. ANB及SHQ

鑒于BODIPY染料優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，在此，作者提出構(gòu)建以AIE為特征的NIR-II BODIPY染料ANB作為分子堆積狀態(tài)報(bào)告子，其中Aza-BODIPY核用作電子受體，而具有給電子和旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的TPA和TPE單元?jiǎng)t被作為電子供體。ANB在600 nm至850 nm范圍內(nèi)均具有吸光度，峰值為685/775 nm，摩爾消光系數(shù)為2.44-3.73×104 M?1 cm?1。被兩親性mDSPE-PEG2000包封后，ANB在PBS中的量子產(chǎn)率可達(dá)0.13%。不僅如此，作者制備了一系列具有不同立體化學(xué)結(jié)構(gòu)的空間位阻猝滅劑（SHQ-1~5）（圖1）,并與ANB共包封以促使NIR-II信號(hào)持續(xù)猝滅并達(dá)到“關(guān)”狀態(tài)。

圖2. 癲癇可視化

密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)一步表明，與高度聚集的ANB-ANB二聚體相比，具有大立體化學(xué)結(jié)構(gòu)的SHQ與ANB的距離更短，分子間相互作用更強(qiáng)，可以與ANB骨架競(jìng)爭(zhēng)性堆疊，防止ANB直接聚集，從而抑制ANB的熒光信號(hào)。基于這種位阻猝滅方法，作者通過(guò)禁用SHQ，進(jìn)一步提出了一種NIR-II可激活的“關(guān)-開(kāi)”傳感器，即SHINE策略。根據(jù)這一策略，在癲癇小鼠模型中，對(duì)ClO-敏感的SHQ-6失去了空間位阻效應(yīng)，在小鼠顱骨下海馬和高光子散射腦組織中釋放出明亮的ANB-SHQ-6肽傳感器NIR-II信號(hào)，為癲癇的體內(nèi)評(píng)估提供了一種簡(jiǎn)便的方法（圖2）。這種SHINE“關(guān)-開(kāi)”策略高度依賴(lài)于空間位阻調(diào)節(jié)的熒光團(tuán)堆積狀態(tài)，為設(shè)計(jì)可激活傳感器提供了一種新的選擇。

參考文獻(xiàn)：

Mengyao Zhao, Weiping Lai, Benhao Li, Tianwen Bai, Chunyan Liu, Yanfei Lin, Shixuan An, Longhua Guo, Lei Li, Jianbo Wang* and Fan Zhang*. NIR-II Fluorescence Sensor Based on Steric Hindrance Regulated Molecular Packing for In Vivo Epilepsy Visualization.  Angew. Chem. Int. Ed., 2024, e202403968.

| 儀器

近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了正常小鼠和癲癇小鼠的腦部成像實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)時(shí)觀(guān)察到活體癲癇小鼠中ClO-的生成過(guò)程。

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。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(xiàn)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。

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