Malomolekulové barvivo NIR-II vyvinuté v laboratoři chemika z Rice University Han Xiao je uvedeno na obálce vydání z 28. prosince Journal of the American Chemical Society. Kredit: Xiao lab/Rice University
Laboratoř Rice University vytváří nový zobrazovací nástroj s potenciálem pro léčbu rakoviny.
Povídejte si o skvělém nápadu: Rozsvícení mozku už není jen figurou řeči, a to díky inovativním chemikům at Rice University a Stanford University.
Han Xiao z Rice University a Zhen Cheng ze Stanfordské univerzity spolu se spolupracovníky vytvořili neinvazivní nástroj pro zobrazování mozku, který vrhá světlo na dříve nedostupné struktury a funkce. Jejich unikátní barvivo s malou molekulou, známé jako fluorofor, je první svého druhu, které proniká hematoencefalickou bariérou. Navíc ve studii na myších bylo barvivo schopno rozlišit mezi zdravou mozkovou tkání a glioblastomovým nádorem.
"To by mohlo být velmi užitečné například pro chirurgii řízenou zobrazením," řekl Xiao. "Pomocí tohoto barviva by lékař mohl určit, kde je hranice mezi normální mozkovou tkání a nádorovou tkání."
Studie je uvedena na obálce Věstník americké chemické společnosti.
Formanzanátové barvivo NIR-II s malou molekulou vyvinuté chemikem Han Xiao z Rice University a jeho spolupracovníky je v současnosti jediné svého druhu, které dokáže překonat hematoencefalickou bariéru. Kredit: Xiao lab/Rice University
Pokud jste byli v akváriu nebo nočním klubu, pravděpodobně jste si všimli barevné záře, kterou některé předměty nebo povrchy vyzařují pod černým světlem. Tento zářivý efekt, známý jako fluorescence, může být užitečný pro vykreslení viditelných věcí, které jinak zůstanou bez povšimnutí.
Zhen Cheng je výzkumným pracovníkem Šanghajského institutu Materia Medica a Stanfordské univerzity. Kredit: Xiao lab/Rice University
"Fluorescenční zobrazování bylo použito pro zobrazování rakoviny v různých částech našeho těla," řekl Xiao. "Výhody fluorescenční sondy zahrnují vysoké rozlišení a schopnost přizpůsobit sondu ke čtení pro různé látky nebo činnosti."
Čím hlouběji je tkáň nebo orgán, tím delší jsou vlnové délky potřebné k rozpoznání přítomnosti fluorescenčních malých molekul. Z tohoto důvodu je druhý blízký infračervený (NIR-II) kanál s vlnovými délkami 1,000 1,700 až 380 700 nanometrů zvláště důležitý pro zobrazování hlubokých tkání. Pro srovnání, vlnové délky viditelného světla se pohybují od XNUMX do XNUMX nanometrů.
"Náš nástroj je opravdu cenný pro hloubkové zobrazování, protože funguje v oblasti NIR-II," řekl Xiao. "Na rozdíl od vlnových délek NIR-II vás fluorescenční efekty ve viditelném spektru nebo s vlnovými délkami blízkými infračervenému záření mezi 600 a 900 nanometry (NIR-I) dostanou pouze do hloubky."
Zobrazování mozku představuje zvláštní výzvu nejen kvůli hloubce a dostupnosti tkáně, ale také kvůli hematoencefalické bariéře, vrstvě buněk, která působí jako velmi selektivní filtr omezující průchod látek z oběhového systému do centrálního nervového systému. .
Han Xiao je odborným asistentem chemie, biologických věd a bioinženýrství na Rice University. Kredit: Xiao lab/Rice University
„Lidé vždy chtějí vědět, co se přesně děje v mozku, ale je velmi těžké navrhnout molekulu, která dokáže proniknout hematoencefalickou bariérou. Až 98 % léků s malou molekulou schválených Food and Droga Správa (FDA) nemůže,“ řekl Xiao.
"Obecně řečeno, důvodem, proč má molekula barviva NIR-II tendenci být velká, je to, že jde o konjugovanou strukturu s mnoha dvojnými vazbami," pokračoval. "Toto je skutečný problém a důvod, proč jsme až dosud nebyli schopni používat fluorescenci při zobrazování mozku." Pokusili jsme se tento problém vyřešit vývojem tohoto nového barvivového lešení, které je velmi malé, ale má dlouhou emisní vlnovou délku.
Na rozdíl od dalších dvou známých lešení barviva NIR-II, které nejsou schopny překonat hematoencefalickou bariéru, je ten, který vyvinul Xiao, kompaktnější, což z něj dělá skvělého kandidáta pro sondy nebo léky zaměřené na mozek. "V budoucnu bychom mohli toto lešení upravit a použít k hledání mnoha různých metabolitů v mozku," řekl Xiao.
Kromě mozku má barvivo vyvinuté společností Xiao mnohem větší trvalou sílu než indocyaninová zeleň, jediné nízkomolekulární barvivo NIR schválené FDA pro použití jako kontrastní činidlo. Delší životnost znamená, že výzkumníci mají více času na zaznamenání fluorescenční stopy, než zmizí.
"Při vystavení světlu se stopa indocyaninové zelené barvy během několika sekund zhorší, zatímco naše barvivo zanechá stabilní stopu po dobu delší než 10 minut," řekl Xiao.
Reference: „Fotostabilní fluorescenční lešení NIR-II s malou molekulou, které překračují hematoencefalickou bariéru pro neinvazivní zobrazování mozku“ od Shichao Wang, Hui Shi, Lushun Wang, Axel Loredo, Sergei M. Bachilo, William Wu, Zeru Tian, Yuda Chen , R. Bruce Weisman, Xuanjun Zhang, Zhen Cheng a Han Xiao, 13. prosince 2022, Věstník americké chemické společnosti.
DOI: 10.1021/jacs.2c11223
Studii financovaly Texaský institut pro prevenci a výzkum rakoviny, Národní instituty zdraví, Ministerstvo obrany USA, Welch Foundation, National Science Foundation, Hamill Foundation, John S. Dunn Foundation a Stanford University Department radiologie.
