最新成果开发出一种分子盾牌，可稳定活体红外荧光成像的染料！

科学家可以通过荧光成像等非侵入性光学方法监测活组织中的生物分子过程。然而，用于此目的的荧光染料通常相当不稳定，光漂白、缺乏特异性和较差的药代动力学是反复出现的问题。现在科学家已经开发出一种分子盾牌，可以稳定近红外荧光染料，并增强其功能性，其合成和表征的研究成果发表在《Angewandte Chemie》期刊上。

荧光生物成像通常使用近红外光区域，因为这种辐射可以有效地穿透人体组织。为此目的设计的荧光染料通常具有扁平、对称的分子结构，这有利于近红外光的吸收，但染料也需要是水溶性的，并携带用于与靶向生物分子（如抗体或肿瘤结合肽）偶联的官能团，这类荧光染料中的一种名为七甲基菁，或Cy7，目前正在研究其在外科中的应用。

然而，Cy7分子也有其缺点，光吸收发色团容易受到氧自由基的影响，从而导致漂白。此外，扁平的刚性分子可能聚集在一起，并与其他生物分子非特异性地相互作用，这会减缓它们从体内的清除速度。为了解决这些问题，美国圣母大学的布拉德利·D·史密斯(Bradley D.Smith)和研究团队改进了染料的化学结构。为了保护七甲基胺发色团不受氧气攻击，研究引入了一个庞大而智能的盾牌。

在发色团中央部分的顶部附加了一个庞大的芳香族基团，并为这个顶层基团配备了长的屏蔽臂，突出在发色团的两个面上，就像一只鸟用翅膀覆盖着它的巢穴。由此产生的染料，科学家们称之为“立体屏蔽的七甲基菁染料”或s775z，是水溶性的，并提供稳定的荧光，屏蔽的架构防止了聚集和光漂白。这种染料对化学降解非常稳定，可以“无限期”储存在普通冰箱中。

研究人员还在活体老鼠身上进行了成像研究，发现与所有其他研究的染料相比，s775z没有在血液清除器官中积聚，但很快就被冲出了体内。此外，S775z的癌症靶向版本在肿瘤中积累了很高的水平，并可以通过活鼠的荧光成像进行可视化。S775z染料可将用于广泛的生物医学成像应用，从平面分子到三维屏蔽结构的转变，是让这类近红外荧光染料更稳定、更高效的关键。

荧光七甲基菁染料近红外窗口对光有很深的穿透力，背景荧光可以忽略不计，极大地方便了生物成像。然而，染料的不稳定性、聚集性和较差的药代动力学是目前限制其性能和可能应用范围的缺点。所有这些限制都被一种新的分子设计策略同时克服，这种策略可以产生电荷平衡和空间屏蔽的荧光色素。主要的设计特征是一个中位芳基，它同时将两个屏蔽臂直接突出在线性七甲基多烯的每个面上。

细胞和小鼠成像实验将屏蔽的七甲基菁染料（以及几种肽和抗体的生物结合物）与基准的七甲基染料进行比较，发现屏蔽体系具有无与伦比的光物理、物理化学和生物分布特性的组合，极大地提高了生物成像性能。

博科园｜研究/来自：Wiley

研究发表期刊《Angewandte Chemie》

DOI: 10.1002/anie.202004449

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