Die NIR-II-kleinmolekule-kleurstof wat ontwikkel is deur die laboratorium van Rice University-chemikus Han Xiao, verskyn op die voorblad van die 28 Desember-uitgawe van die Journal of the American Chemical Society. Krediet: Xiao lab/Rice University
Rice Universiteit se laboratorium skep 'n nuwe beeldinstrument met die potensiaal vir kankerbehandeling.
Praat oor 'n blink idee: Om die brein te verlig is nie meer net 'n figuur van spraak nie, danksy innoverende chemici by Universiteit Rice en Stanford Universiteit.
Rice Universiteit se Han Xiao en Stanford Universiteit se Zhen Cheng, saam met medewerkers, het 'n nie-indringende breinbeeldingsinstrument geskep wat lig werp op voorheen ontoeganklike strukture en funksies. Hul unieke klein-molekule kleurstof, bekend as 'n fluorofoor, is die eerste van sy soort wat die bloed-brein versperring binnedring. Verder, in 'n studie op muise, was die kleurstof in staat om te onderskei tussen gesonde breinweefsel en 'n glioblastoom-gewas.
"Dit kan baie nuttig wees vir beelding-geleide chirurgie, byvoorbeeld," het Xiao gesê. "Deur hierdie kleurstof te gebruik, kan 'n dokter bepaal waar die grens tussen normale breinweefsel teenoor tumorweefsel is."
Die studie word op die voorblad van die Tydskrif van die Amerikaanse Chemiese Vereniging.
Die formanzanaat NIR-II-kleinmolekule-kleurstof wat deur Rice-universiteit se chemikus Han Xiao en medewerkers ontwikkel is, is tans die enigste in sy soort wat die bloed-breinversperring kan oorsteek. Krediet: Xiao lab/Rice University
As jy by 'n akwarium of 'n nagklub was, het jy waarskynlik die kleurvolle gloed opgemerk wat sommige voorwerpe of oppervlaktes onder 'n swart lig uitstraal. Bekend as fluoressensie, kan hierdie gloeiende effek nuttig wees om sigbare dinge weer te gee wat andersins ongemerk bly.
Zhen Cheng is 'n navorser by die Shanghai Institute of Materia Medica en Stanford Universiteit. Krediet: Xiao lab/Rice University
"Fluoressensiebeelding is toegepas om kanker in verskillende dele van ons liggaam te beeld," het Xiao gesê. "Die voordele van 'n fluoressensie-sonde sluit in hoë resolusie en die vermoë om die sonde aan te pas om te lees vir verskillende stowwe of aktiwiteite."
Hoe dieper 'n weefsel of orgaan is, hoe langer is die golflengtes wat nodig is om die teenwoordigheid van fluoresserende klein molekules te onderskei. Om hierdie rede is die tweede naby-infrarooi (NIR-II) kanaal met golflengtes van 1,000 1,700 tot 380 700 nanometer veral belangrik vir diepweefselbeelding. Vir verwysing wissel sigbare liggolflengtes van XNUMX tot XNUMX nanometer.
"Ons instrument is regtig waardevol vir diep beelding omdat dit in die NIR-II-streek funksioneer," het Xiao gesê. "In teenstelling met NIR-II-golflengtes, sal fluoresserende effekte binne die sigbare spektrum of met naby-infrarooi golflengtes tussen 600 en 900 nanometer (NIR-I) jou net vel diep kry."
Breinbeelding bied 'n besondere uitdaging, nie net as gevolg van weefseldiepte en toeganklikheid nie, maar ook as gevolg van die bloed-breinversperring, 'n laag selle wat as 'n baie selektiewe filter dien om die deurgang van stowwe vanaf die bloedsomloopstelsel na die sentrale senuweestelsel te beperk. .
Han Xiao is 'n assistent-professor in chemie, biowetenskappe en bio-ingenieurswese aan die Rice Universiteit. Krediet: Xiao lab/Rice University
“Mense wil altyd weet wat presies in die brein gebeur, maar dit is baie moeilik om 'n molekule te ontwerp wat die bloed-breinskans kan binnedring. Tot 98% van kleinmolekule medisyne wat deur die Food and Drug Administrasie (FDA) kan nie,” het Xiao gesê.
"Oor die algemeen is die rede waarom 'n NIR-II-kleurstofmolekule geneig is om groot te wees omdat dit 'n gekonjugeerde struktuur met baie dubbelbindings is," het hy voortgegaan. “Dit is 'n ware probleem en die rede waarom ons tot nou toe nie fluoressensie in breinbeelding kon gebruik nie. Ons het probeer om hierdie probleem aan te spreek deur hierdie nuwe kleurstofsteier te ontwikkel wat baie klein is, maar 'n lang emissiegolflengte het.”
Anders as die ander twee bekende NIR-II-kleurstofsteiers, wat nie in staat is om die bloed-breinversperring oor te steek nie, is die een wat deur Xiao ontwikkel is meer kompak, wat dit 'n goeie kandidaat maak vir ondersoeke of dwelms wat die brein teiken. "In die toekoms kan ons hierdie steier verander en dit gebruik om na baie verskillende metaboliete in die brein te soek," het Xiao gesê.
Anderkant die brein het die kleurstof wat deur Xiao ontwikkel is, baie groter blywende krag as indokianiengroen, die enigste NIR-kleinmolekule-kleurstof wat deur die FDA goedgekeur is vir gebruik as kontrasmiddel. ’n Langer lewensduur beteken dat navorsers meer tyd het om die fluoresserende spoor aan te teken voordat dit verdwyn.
"Wanneer dit aan lig blootgestel word, versleg die indokianiengroen kleurstofspoor binne sekondes, terwyl ons kleurstof 'n stabiele spoor vir meer as 10 minute laat," het Xiao gesê.
Verwysing: "Fotostabiele kleinmolekule NIR-II Fluorescent Scaffolds that Cross the Blood-Brain Barrier for Non-invasive Brain Imaging" deur Shichao Wang, Hui Shi, Lushun Wang, Axel Loredo, Sergei M. Bachilo, William Wu, Zeru Tian, Yuda Chen , R. Bruce Weisman, Xuanjun Zhang, Zhen Cheng en Han Xiao, 13 Desember 2022, Tydskrif van die Amerikaanse Chemiese Vereniging.
DOI: 10.1021/jacs.2c11223
Die studie is befonds deur die Kankervoorkoming- en Navorsingsinstituut van Texas, die National Institutes of Health, die Amerikaanse departement van verdediging, die Welch Foundation, die National Science Foundation, die Hamill Foundation, die John S. Dunn Foundation en Stanford University Department. van Radiologie.
