新型荧光染料可以点亮大脑有望治疗癌症

莱斯大学的 Han Xiao、斯坦福大学的 Zhen Cheng 和合作者开发了一种新的无创脑成像工具，可以帮助阐明难以接近的结构和过程。他们的小分子染料或荧光团是同类中第一种可以穿过血脑屏障的染料。更重要的是，它使研究人员能够区分小鼠的健康脑组织和胶质母细胞瘤。

“例如，这对于影像引导手术非常有用，”肖说。“使用这种染料，医生可以确定正常脑组织与肿瘤组织之间的边界在哪里。”

该研究刊登在化学学会杂志12 月 28 日的封面上。

如果您去过水族馆或夜总会，您可能已经注意到某些物体或表面在黑光下发出的彩色光芒。这种发光效果被称为荧光，可用于呈现原本不被注意的可见事物。

“荧光成像已应用于我们身体不同部位的癌症成像，”肖说。“荧光探针的优点包括高分辨率和调整探针以读取不同物质或活动的能力。”

组织或器官越深，辨别荧光小分子的存在所需的波长就越长。因此，波长为 1,000 至 1,700 纳米的第二个近红外 (NIR-II) 通道对于深层组织成像尤为重要。作为参考，可见光波长范围为 380 至 700 纳米。

“我们的工具对于深度成像非常有价值，因为它在 NIR-II 区域发挥作用，”肖说。“与 NIR-II 波长相比，可见光谱内或 600 至 900 纳米 (NIR-I) 之间的近红外波长的荧光效应只会让你肤浅。”

脑成像提出了一个特殊的挑战，不仅因为组织深度和可及性，还因为血脑屏障，一层细胞作为一个非常有选择性的过滤器来限制物质从循环系统进入中枢神经系统系统。

“人们总是想知道大脑中到底发生了什么，但设计一种可以穿透血脑屏障的分子非常困难。高达 98% 的小分子药物获得食品和药物管理局 (FDA) 的批准不能，”肖说。

“一般来说，NIR-II 染料分子往往较大的原因是因为它是具有许多双键的共轭结构，”他继续说道。“这是一个真正的问题，也是我们迄今为止无法在脑成像中使用荧光的原因。我们试图通过开发这种非常小但发射波长长的新型染料支架来解决这个问题。”

与其他两种不能穿过血脑屏障的已知 NIR-II 染料支架不同，Xiao 开发的支架更紧凑，这使其成为靶向大脑的探针或药物的理想候选者。“在未来，我们可以修改这个支架并用它来寻找大脑中的许多不同代谢物，”肖说。

在大脑之外，Xiao 开发的染料比吲哚菁绿具有更强的持久力，吲哚菁绿是 FDA 批准用作造影剂的唯一近红外小分子染料。更长的寿命意味着研究人员有更多时间在荧光痕迹消失之前对其进行记录。

“当暴露在光线下时，吲哚菁绿染料痕迹会在几秒钟内变质，而我们的染料会在 10 多分钟内留下稳定的痕迹，”Xiao 说。

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