近红外二区水溶性新一代D-A-D小分子染料探针及生物应用的开

文章要点：近日，一种新型电子受体在Nature Communications期刊上报道，即6,7-二噻吩基-[1,2,5]噻二唑[3,4-g]喹喔啉 (TQT), 并基于该电子受体合成新的水溶性NIR-II染料FT-TQT（图1）。利用该探针，获得高分辨NIR-II血管成像，并实现动态监测肿瘤血管阻断剂CA4P切断肿瘤血管的过程。

相较于传统近红外一区成像（400-900 nm），近红外二区荧光成像因其更高的组织穿透力、更低的生物组织自荧光和更高的信噪比，在生物医学研究中受到越来越多的关注。作为荧光成像的重要组成部分，近红外二区荧光染料的研发也备受研究者的重视。特别是，近年来广泛研究的电子供体-电子受体-电子供体（D-A-D）类小分子近红外二区（NIR-II）荧光染料，展现出来很多优越性质。但目前大多数报道的小分子NIR-II有机荧光分子常为疏水性，限制了其蛋白标记等应用。生物成像应用时需封装于聚合物基质中，体内清除速度慢，GMP制备难度大。研究水溶性小分子D-A-D染料是目前扩展NIR-II应用范围重要的解决方案。

前期研究发现，现有D-A-D类近红外二区荧光染料主要以苯并噻二唑（BBT）和6,7-二苯基-[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹恶啉（PTQ）结构为电子受体。上述电子受体或在碱性等严苛条件下极不稳定，或在吸收/发射光谱上存在蓝移现象，限制了该类探针的广泛应用。因此，研发具有高稳定性和吸收/发射红移的新型电子受体，对于设计新一代D-A-D类NIR-II有机荧光团至关重要。

图1

首先，研究人员证明了TQT具有较高的碱稳定性（vs BBT）以及发射光谱红移（vs. PTQ），表明TQT可更耐受严苛的合成条件，因而具备更多结构修饰的潜力（图2）。

图2. a、b为三个电子受体的吸收、发射谱图；c、d为不同电子受体在不同三乙胺体积分数下的稳定性。

其次，研究人员以BBT、TQT为电子受体，合成不同电子受体以及不同供体单元的NIR-II染料，并对其光化学性质进行比较。以TQT为电子受体的D-A-D NIR-II荧光探针在活性氧/氮物种（ROS/RNS）、金属离子和活性生物分子以及各种碱性条件下表现出超高稳定性。其中，FT-TQT因其高光/化学稳定性、高度水溶性以及适宜的发射波长（λmax = 1034 nm），被筛选用于血管成像及药效评估。

图3. FT-TQT用于脑血管及肿瘤血管体视显微镜成像。

血管阻断剂CA4P可选择性切断肿瘤血管，阻断肿瘤供给，从而引起肿瘤坏死。成像前30 分钟，给予CA4P处理，可实时监测CA4P zhiliao后肿瘤血管破裂的动态过程（图4）。

图4. a 血管阻断剂CA4P给药后，肿瘤血管切断的示意图；b 未给与CA4P，肿瘤血管荧光成像图；c 给与CA4P 30 min 后，肿瘤血管的实时NIR-II成像图。

总结：尽管近红外二区D-A-D型小分子荧光探针的开发已取得很大进展，但对电子受体单元仍然缺乏关注。本研究提供了一种新的电子受体结构，为新一代D-A-D NIR-II荧光探针的开发提供了新的策略。同时，利用该电子受体合成的荧光探针实现了生理或病理状态下血管的高保真成像，并实时监测CA4P zhiliao后肿瘤血管破裂的动态过程，这将有希望未来用于类似靶点化合物药效快速评价以及药物筛选。

参考文献

doi.org/10.1038/s41467-022-31521-y

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