北京化工大学宋继彬Nat Commum:直接激活 NIR-II 化学发光平台的分子工程用于体内化学发光-荧光双重成像

文摘   2025-01-05 19:16   福建  

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原文链接: 10.1038/s41467-024-55503-4

化学发光 (CL) 是一种由化学能而非额外激发光驱动的自发光现象,在灵敏度、信噪比和成像深度方面具有优势。目前尚缺乏合成第二近红外窗口 (NIRII) 中的 CL 发射单分子骨架和具有直接双重 NIR-II [CL/荧光 (FL)] 发射的单分子探针的策略。

近日,北京化工大学宋继彬团队采用模块化合成路线构建了一系列直接激活的 NIR-II CL 发射单分子探针,最大发射波长高达 1060 nm,并利用它们在 NIR-II CL NIR-II FL 成像通道下实时连续检测雌性小鼠模型中对乙酰氨基酚诱导肝损伤中产生的超氧阴离子。因此,本研究建立了可直接激活的NIR-II CL发射单分子骨架,验证了该双工NIR-II CL/FL成像平台在生物活性分子检测和疾病诊断中的可扩展性。相关研究成果发表于《Nature Communications》上

图文解析

1 | 构建 NIR-II CL 探针的一般策略和 CL-P 双重体内成像的说明。A 基于 CRET CL 发射(间接模式)和基于共轭的 CL 发射(直接模式)的示意图。B 探针的设计及其最大发射波长(箭头所示)。C CL-P O2•− 的激活机制和 APAP 诱导的肝损伤中 CL-P 双重成像的说明。

2 | 中间体和目标探针的合成。A 化合物 6 9 的合成路线。B NIR-I CL 探针(CL-O1 CL-O2)的合成路线。C NIR-II CL 探针(CL-O3CL-S3 CL-Se3)的合成路线。

3 | 体外 NIR CL 的表征。A 提出的响应和发光机制。B DCM CL-O1CL-O2FL-O1 FL-O2 的吸光光谱。C DCM 中存在 TBAF CL-O1 CL-O2 CL 光谱。D DCM 中存在 TBAF FL-O1 FL-O2 FL 光谱(FLO1 的激发波长为 520 nmFL-O2 的激发波长为 550 nm)。E DCM CL-O3CL-S3CL-Se3FL-O3FL-S3 FL-Se3 的吸光光谱。F DCM 中存在 TBAF CL-O3CL-S3 CL-Se3 CL 光谱。 G DCM 中存在 TBAF FL-O3FL-S3 FL-Se3 的荧光光谱(FL-X3 的激发波长为 808 nm)。H 在存在 TBAF CL-O3CL-S3 CL-Se3 的化学发光动力学曲线。I 用不同种类的离子处理后 CL-O3CL-S3 CL-Se3 的化学发光增强。J CL-X3X = OS Se)的化学发光强度与 [F ]0200μM)的关系。

4 | NIR CL 探针及其相应后产品的理论计算。A 苯甲酸酯(后产品)的结构。B 计算激发态的绝热能量和基态的垂直吸收能量(所有优化均基于 PBE0/aug-cc-pvtz 能级,SMD)。C 优化的 S0 几何形状(以 S0 为例)和 FL-O3 的选定距离。D 相应苯甲酸酯的具体距离。计算基态 E 和激发态 F 中产物的二面角。

5 | NIR-II CL/FL 成像的穿透深度和分辨率。A 组织穿透示意图(1% 脂肪乳)在两个 NIR-II FL/CL 通道中。B 使用不同厚度的 1% 脂肪乳进行 NIRII CL 成像。C 使用不同厚度的 1% 脂肪乳进行 NIR-II FL 成像。DF B NIR-II CL 图像中深度为 00.30.60.9 1.2 cm CLO3CL-S3 CL-Se3(绿色虚线)的横截面强度分布。G DF NIR-II CL 图像的 SBR 与组织深度的关系。 HJ C NIR-II FL 图像中 FL-O3FL-S3 FL-Se3(绿色虚线)的横截面强度分布,深度分别为 00.30.60.9 1.2 cmH-J NIR-II FL 图像的 K SBR 与组织深度的关系。

6 | 活化双工 NIR-II FL/CL 体内成像。APAP 诱导肝损伤的图示和 CL-P 活化过程的示意图。(a. 由细胞中的细胞色素 P450 酶激活。b 被生物体中的小分子(谷胱甘肽)还原。c. 与线粒体膜蛋白结合)。B 静脉注射 CL-P 之前和之后,不同 APAP 剂量的活体小鼠的代表性连续 NIR-II CL FL 图像。不同 APAP 剂量下肝脏区域的 NIR-II CL (C) NIR-II FL (D) 信号强度(n = 3 只独立小鼠)。 E NIR-II CL 成像(3 分钟)和 NIR-II FL 成像(32 分钟),剂量为 320 mg/kg APAP,选自 BF横截面 NIR-II CL FL 强度分布与 E 一致。G 体外 NIR-II CL 成像(2 分钟和 32 分钟)和 NIR-II FL 成像(2 分钟和 32 分钟),剂量为 320 mg/kg APAPH 不同器官的归一化发光强度,来自 F。黄色和粉红色代表 NIR-II CL,蓝色和青色代表 NIR-II FL

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