合成染料與基因編碼的蛋白質(zhì)標(biāo)簽相融合的化學(xué)遺傳學(xué)方法為熒光生物成像提供一條充滿前景的途徑。然而，由于缺乏在“組織透明”的近紅外窗口（NIR，700-1700 nm）中工作的性能優(yōu)異的熒光染料，化學(xué)遺傳學(xué)策略在活體深層組織事件的可視化應(yīng)用中受到嚴(yán)重限制。
針對上述問題，一大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)提出了一種雙橋策略，構(gòu)建了一種新的羅丹明染料骨架，稱為2X-羅丹明，并將其成功應(yīng)用于近紅外的化學(xué)遺傳學(xué)活體成像。該策略通過添加乙烯基基團(tuán)來擴(kuò)展傳統(tǒng)1X-羅丹明骨架的共軛體系以紅移波長，并設(shè)計(jì)引入雙原子橋X ₁和X ₂，分別形成五元環(huán)和六元環(huán)，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性和廣泛的光譜覆蓋。 

        在這項(xiàng)工作中，該團(tuán)隊(duì)展示了2X-羅丹明的概念驗(yàn)證成果，其中X ₁為硫（S），X ₂為C(CH ₃) ₂，在715/765 nm展現(xiàn)出強(qiáng)烈的近紅外吸收和發(fā)射峰，同時(shí)具有超過1000 nm的明亮發(fā)光拖尾，高熒光量子產(chǎn)率（ΦF = 0.11），長熒光壽命（τ = 1.1納秒）以及優(yōu)越的K _L-Z常數(shù)（-1.8）。進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)展示了2X-羅丹明染料在活體動(dòng)態(tài)成像和活體內(nèi)靶向深層組織分子成像中的優(yōu)越表現(xiàn)。此外，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了針對HaloTag標(biāo)簽蛋白的近紅外熒光配體，即2XR ₇₁₅-HTL，它不僅可用于近紅外基因編碼的活細(xì)胞鈣離子傳感，還實(shí)現(xiàn)了活體腦神經(jīng)元、肝細(xì)胞核的化學(xué)遺傳學(xué)標(biāo)記。2X-羅丹明染料顯著擴(kuò)展了近紅外熒光染料工具庫，為化學(xué)遺傳學(xué)方法在活體成像和傳感的深入應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
    圖1. (a) 傳統(tǒng)1X-羅丹明的發(fā)射波長、K _L?Z與橋接基團(tuán)（標(biāo)記為X）之間的關(guān)系。 (b) 2X-羅丹明骨架的設(shè)計(jì)概念。
    圖 2. (a) 2X-羅丹明在二氧六環(huán)-水溶液中的內(nèi)酯-兩性離子平衡轉(zhuǎn)換（K _L–Z）。 (b，c) 2XR ₇₁₅-HTL的結(jié)構(gòu)以及在有無HaloTag蛋白時(shí)的吸收光譜和發(fā)射光譜。 (d) 2XR ₇₁₅-HTL用于免洗活細(xì)胞成像結(jié)果。 (e-h) 2XR ₇₁₅-HTL結(jié)合HaloCaMP1a 用于體外和293T細(xì)胞內(nèi)的鈣離子傳感。
   
圖 3. (a-c) 2XR ₇₁₅-HTL用于標(biāo)記表達(dá)HaloTag的BL21大腸桿菌的共聚焦成像及小鼠灌胃后的近紅外二區(qū)活體成像結(jié)果。 (d) 2XR ₇₁₅-HTL用于小鼠表達(dá)HaloTag-mCherry融合蛋白的皮層神經(jīng)元成像。(e-h) 2XR ₇₁₅-HTL 用于小鼠肝臟細(xì)胞核表達(dá)H2B-HaloTag的近紅外二區(qū)活體成像。
 
參考文獻(xiàn)：
Wenxiao Wu, Kui Yan, Zuyang He, Lu Zhang, Yuyao Dong, Bin Wu, Hongyue Liu, Shangfeng Wang,* and Fan Zhang* 2X-Rhodamine: A Bright and Fluorogenic Scaffold for DeveloPIng Near-Infrared Chemigenetic Indicators. https://doi.org/10.1021/jacs.4c03485.
 
 
| 儀器推薦  
近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST NIR-II in vivo imaging system
 
文中利用近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST分別完成了NIR-II小鼠動(dòng)態(tài)成像、活體深層組織PD-L1成像、活體肝細(xì)胞核的化學(xué)遺傳學(xué)成像實(shí)驗(yàn)。
 
        該小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)功能強(qiáng)大， 相機(jī)性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機(jī)可供選擇。 檢測靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)大視野以及局部小動(dòng)物高信噪比和高分辨活體成像。自主開發(fā)的 軟件功能一鍵操作，可實(shí)時(shí)反映儀器狀態(tài)，自動(dòng)化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費(fèi)升級。該成像系統(tǒng) 應(yīng)用場景多樣化，可用于小動(dòng)物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，成像功能亦可進(jìn)一步升級擴(kuò)展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)可應(yīng)用于活體小動(dòng)物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。