本文要點：近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光成像具有深組織穿透能力、高空間分辨率和信噪比等優(yōu)點，在癌癥成像中顯示出巨大的前景。在眾多的NIR-II熒光探針中，菁染料由于其良好的生物相容性和高NIR-II熒光量子產率而越來越受到人們的關注。然而，大多數(shù)市售NIR-II熒光菁染料的腫瘤靶向能力低，不適用于癌癥成像。因此，迫切需要設計新型NIR-II熒光菁染料，以進一步促進其在癌癥成像中的臨床應用。
 

 

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本研究通過將精氨酰甘氨酰天冬氨酸（RGD）偶聯(lián)到市售菁染料IR806上而合成新型菁染料（IR806-RGD），使其具有更長的發(fā)射波長、更高的NIR-II熒光強度和更好的腫瘤靶向能力，并將其用于NIR-II熒光和光聲（PA）成像。
 

圖1. IR806-RGD的（a）合成和性能對比及（b）腫瘤NIR-II熒光和PA成像示意圖

 

首先將市售的IR806與巰基丙酸反應，用硫醇取代IR806的氯，將羧基修飾到IR806上。然后，將得到的IR806-COOH與N-（2-氨基乙基）馬來酰亞胺通過酰胺化反應偶聯(lián)，得到具有馬來酰亞胺部分修飾的IR806-Mal。最后，使用亞砜點擊反應將cRGD與IR806-Mal連接，得到IR806-RGD。

由于使用硫醇取代了IR806的氯，IR806-RGD的最大吸收略微紅移，而發(fā)射波長表現(xiàn)出從827nm到855nm的明顯紅移。IR806-RGD在NIR-II區(qū)域的熒光強度也顯著增強，并且與濃度之間存在良好的線性關系。此外，由于IR806-RGD具有強烈的近紅外吸收，其濃度與PA強度之間亦存在良好的線性關系，是PA成像的良好候選者。

圖2. IR806-RGD的光學特性

 

研究人員以4T1細胞為模型評估IR806-RGD的細胞攝取和細胞相容性。隨著IR806-RGD孵育時間的增加，細胞內的NIR-II熒光信號逐漸增加，表明IR806-RGD可以有效內化入4T1細胞。此外，IR806RGD還具有良好的生物相容性。使用MTT法檢測IR806-RGD的細胞毒性，即使在20µg/mL的濃度下，4T1細胞存活率也高于85%；對于用PBS或IR806-RGD處理的4T1細胞，幾乎沒有觀察到死細胞。

圖3. IR806-RGD的細胞攝取和細胞相容性

 

體外模型研究證實，IR806-RGD具有相對較高的組織穿透深度。即使在厚度為6mm的雞胸肉組織下，也可以檢測到IR806-RGD的NIR-Ⅱ熒光信號；在不覆蓋雞胸肉組織的情況下，信噪比（SBR）高達58.4，在5mm雞胸肉組織的覆蓋下，SBR仍為2.33，高于檢測限。

圖4. IR806-RGD的組織穿透能力

 

IR806-RGD在小鼠體內腫瘤NIR-Ⅱ熒光成像中表現(xiàn)出高熒光強度和優(yōu)異的腫瘤靶向能力。如圖5，小鼠注射IR806-RGD的2小時后，腫瘤區(qū)域開始出現(xiàn)強烈的NIR-II熒光信號，其強度數(shù)倍于IR806注射小鼠的腫瘤區(qū)域信號，并且在24小時后依然有顯著的熒光信號。在注射后24小時評估探針的離體生物分布，發(fā)現(xiàn)IR806-RGD注射小鼠的腫瘤熒光強度是IR806注射小鼠的4.4倍，進一步證實了IR806-RGD優(yōu)越的腫瘤靶向能力。

圖5. IR806-RGD體內腫瘤NIR-Ⅱ熒光成像

 

利用IR806-RGD進行小鼠體內腫瘤PA成像，同樣發(fā)現(xiàn)了IR806-RGD的腫瘤主動靶向能力。在給予IR806-RGD之前，腫瘤部位僅顯示出微弱的PA信號。靜脈注射IR806RGD后，腫瘤的PA信號逐漸增強，并在注射后12h達到最大強度，比注射前高1.78倍。注射24小時后，腫瘤的PA強度仍保持在相對較高的水平。

圖6. IR806-RGD體內PA成像

 

總之，本研究以市售的菁染料IR806合成了一種RGD共軛菁染料IR806-RGD，它可以良好地用于腫瘤的NIR-II熒光和PA成像。本研究為同時提高菁染料的NIR-II熒光強度和腫瘤靶向能力提供了一種有效的方法。通過使用類似的程序，可以對其他市售的菁染料進行改性，以獲得更好的NIR-II熒光腫瘤成像性能。

 

參考文獻

LIU Y, LU X, ZHOU W, et al. Molecular Engineering of a Commercially Available NIR-II Fluorescent Cyanine Dye for Improved Tumor Targeting and Imaging [J]. New Journal of Chemistry, 2023.

 

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