L'imaging a fluorescenza può essere condotto con coloranti a spostamento di Stokes lunghi che riducono al minimo la diafonia tra la sorgente di eccitazione e l'emissione fluorescente per migliorare il rapporto segnale-sfondo. Indipendentemente da ciò, i ricercatori formano ancora coloranti semplici e di piccole molecole con un grande spostamento di Stokes ed emissioni nel vicino infrarosso. In un nuovo rapporto ora pubblicato in Science Advances , Hao Chen e un team di scienziati hanno sviluppato una serie di coloranti stirene ossazolone (SOD) utilizzando semplici metodi sintetici ispirati alla struttura chimica del cromoforo delle proteine ​​fluorescenti.

I coloranti hanno mostrato emissioni nel vicino infrarosso con un lungo spostamento di Stokes e un piccolo peso molecolare. I coloranti più promettenti hanno anche mostrato una rapida escrezione renale e proprietà di passaggio della barriera ematoencefalica. I bioingegneri hanno modificato i composti per l'imaging tumorale, la chirurgia guidata da immagini a fluorescenza, la neurochirurgia e l'analisi patologica. I risultati contribuiscono con una piccola categoria di coloranti molecolari essenziali ai coloranti classici.

Sviluppo di coloranti a turni Stokes lunghi

L'imaging a fluorescenza è diffuso nella ricerca biomedica preclinica, così come nella patologia clinica e nella chirurgia guidata dall'immagine a fluorescenza. La piattaforma semplice e a basso costo offre lievi danni alla luce al campione biologico per un'elevata sensibilità di rilevamento. L'applicazione biomedica dell'imaging fluorescente dipende dai coloranti con caratteristiche critiche, inclusi profili di assorbimento/emissione, coefficiente di assorbimento, resa quantica, spostamento di Stokes e stabilità fotochimica.

Tuttavia, solo pochi coloranti hanno mostrato proprietà ottimali in tutte le categorie. La forte diafonia tra l'eccitazione e l'emissione di luce può comportare un rapporto segnale/fondo relativamente basso. Di conseguenza, i biochimici mirano a sviluppare coloranti a lungo spostamento di Stokes vicino all'infrarosso per un elevato rapporto segnale-sfondo. In questo lavoro, Chen e il team hanno descritto i primi coloranti stirene ossazolone (SOD) ad alta efficienza come coloranti a turni lunghi, per fornire una nuova strategia per l'imaging a fluorescenza in vivo.

Esperimenti:Progettazione, sintesi e caratterizzazione di coloranti stirene ossazolone (SOD)

Le proteine ​​​​di fluorescenza sono ampiamente studiate nella ricerca biologica, dove condividono lo stesso scheletro centrale di una parte imidazolinone e un doppio legame esociclico per passare dallo stato scuro a quello luminoso. I ricercatori hanno progettato e sintetizzato una serie di coloranti non segnalati in precedenza con stirene ossazolone come scheletro fondamentale tramite una semplice procedura a temperatura ambiente per ottenere buone rese entro due ore. Hanno caratterizzato la struttura chimica delle SOD utilizzando lo standard ¹ Risonanza magnetica nucleare H (NMR) e spettri di spettrometria di massa ad alta risoluzione. Il team ha identificato le proprietà spettroscopiche dei coloranti nei mezzi acquosi, dove hanno notato una forte fluorescenza con una buona fotostabilità, dovuta alla presenza di un doppio legame esociclico. I ricercatori hanno derivato la differenza nelle proprietà spettroscopiche dalla proprietà elettrica e dalla posizione dei sostituenti.

Hanno quindi mostrato come una varietà di fattori ha influenzato le proprietà ottiche dei SOD (coloranti stirene ossazolone) e successivamente hanno esaminato la citotossicità dei coloranti. Hanno seguito questi esperimenti con la farmacocinetica in vivo tramite l'imaging a fluorescenza, nonché le applicazioni in vivo del colorante per l'etichettatura di biomolecole. I risultati hanno mostrato come alcune sonde che prendono di mira condizioni patologiche si accumulano più nelle cellule tumorali che nelle cellule normali, per evidenziare le loro proprietà di targeting specifiche del tumore.

Biocompatibilità dell'iniezione endovenosa delle biomolecole coloranti

I ricercatori hanno studiato la biocompatibilità del colorante dopo l'iniezione endovenosa in un modello murino e ne hanno studiato l'effetto sugli organi interni tramite l'istologia. I risultati hanno evidenziato la possibilità di utilizzare la nuova sonda a fluorescenza per identificare i tumori e l'imaging a fluorescenza degli organi principali. Il lavoro ha sottolineato che il momento migliore per la chirurgia del tumore guidata da immagini a fluorescenza è di 60 minuti dopo l'iniezione e ha dimostrato come il rapido accumulo cerebrale del colorante lo rendesse brevemente adatto per l'imaging dinamico del nervo cranico. I risultati hanno evidenziato per la prima volta l'impatto della molecola del colorante per il monitoraggio dinamico del nervo cerebrale.

Prospettiva

In this way, Hao Chen and colleagues designed and developed a series of oxazolone analogs and calculated their optimized geometry. The resulting dye analogs showed a lower bandgap to contribute to a larger Stokes shift approximating 150 to 200 nm greater than traditional fluorescence dyes. The substituents and steric hindrance effects played a key role in influencing the spectroscopic properties of the dyes. The outcomes indicated good optical and pharmacokinetic properties with high signal-to-background ratio, rapid clearance, and low toxicity. The molecules impressively crossed the blood-brain barrier after intravenous injection into mice to provide a strong fluorescence signal to visualize neurons via confocal fluorescence imaging in vivo.

The team further modified the protocol to allow staining of mitochondria in living cells with applications across tumor imaging, fluorescence navigation surgery and confocal endoscopy to identify surgical boundaries and prevent surgical trauma. The new techniques facilitated the analysis of cell morphology in real time, which simplified the process of conventional histological examination with the additional capacity to replace traditional methods of staining such as Hematoxylin and Eosin as well. The dyes are a previously unreported compound that can be used for biomedical applications during fluorescence-guided surgery, with promising properties including high quantum efficiency, low cytotoxicity, rapid excretion and fluorescence imaging. + Esplora ulteriormente

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