基于空間位阻調節(jié)分子堆積的 NIR-II 熒光傳感器用于體內癲癇可視化
熒光傳感對于研究生物過程和診斷疾病至關重要，尤其是在背景信號可以變得較弱的第二近紅外（NIR-II）窗口中。然而，當人們試圖將傳感波長延伸到第二近紅外（NIR-II）區(qū)域以獲得更高的成像對比度時，構建“開-關”傳感器仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，這主要是由于難以合成光譜重疊的猝滅劑。
在本研究中，某大學教授研究團隊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）來調節(jié)熒光團的分子堆積狀態(tài)并抑制發(fā)射信號。密度泛函理論（DFT）計算進一步表明，大的SHQ可以與熒光團競爭性地堆積并防止它們的自聚集?；谶@種猝滅機制，通過SHQ的生物分析物響應性失效實現(xiàn)了一種新的可激活的“關-開”傳感方法，即空間-阻礙失效geNerated 發(fā)光（SHINE）策略。作為概念驗證，對ClO-敏感的SHQ可導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信號釋放，從而提供活體癲癇小鼠中ClO-生成過程的實時可視化。
圖1. ANB及SHQ
鑒于BODIPY染料優(yōu)異的光學性質，在此，作者提出構建以AIE為特征的NIR-II BODIPY染料ANB作為分子堆積狀態(tài)報告子，其中Aza-BODIPY核用作電子受體，而具有給電子和旋轉性質的TPA和TPE單元則被作為電子供體。ANB在600 nm至850 nm范圍內均具有吸光度，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中的量子產率可達0.13%。不僅如此，作者制備了一系列具有不同立體化學結構的空間位阻猝滅劑（SHQ-1~5）（圖1）,并與ANB共包封以促使NIR-II信號持續(xù)猝滅并達到“關”狀態(tài)。
圖2. 癲癇可視化
密度泛函理論（DFT）計算進一步表明，與高度聚集的ANB-ANB二聚體相比，具有大立體化學結構的SHQ與ANB的距離更短，分子間相互作用更強，可以與ANB骨架競爭性堆疊，防止ANB直接聚集，從而抑制ANB的熒光信號?；谶@種位阻猝滅方法，作者通過禁用SHQ，進一步提出了一種NIR-II可激活的“關-開”傳感器，即SHINE策略。根據(jù)這一策略，在癲癇小鼠模型中，對ClO-敏感的SHQ-6失去了空間位阻效應，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，為癲癇的體內評估提供了一種簡便的方法（圖2）。這種SHINE“關-開”策略高度依賴于空間位阻調節(jié)的熒光團堆積狀態(tài)，為設計可激活傳感器提供了一種新的選擇。
參考文獻：
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驗，并且實時觀察到活體癲癇小鼠中ClO-的生成過程。
該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統(tǒng)應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設計，成像功能亦可進一步升級擴展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)可應用于活體小動物熒光手術導航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。
