2X-羅丹明：用于開發(fā)近紅外化學遺傳學指示劑的明亮熒光支架

        合成染料與基因編碼的蛋白質(zhì)標簽相融合的化學遺傳學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，化學遺傳學策略在活體深層組織事件的可視化應(yīng)用中受到嚴重限制。
針對上述問題，一大學教授團隊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)用于近紅外的化學遺傳學活體成像。該策略通過添加乙烯基基團來擴展傳統(tǒng)1X-羅丹明骨架的共軛體系以紅移波長，并設(shè)計引入雙原子橋X₁和X₂，分別形成五元環(huán)和六元環(huán)，以增強結(jié)構(gòu)剛性和廣泛的光譜覆蓋。 

        在這項工作中，該團隊展示了2X-羅丹明的概念驗證成果，其中X₁為硫（S），X₂為C(CH₃)₂，在715/765 nm展現(xiàn)出強烈的近紅外吸收和發(fā)射峰，同時具有超過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）。進一步地，研究團隊展示了2X-羅丹明染料在活體動態(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，研究團隊還開發(fā)了針對HaloTag標簽蛋白的近紅外熒光配體，即2XR₇₁₅-HTL，它不僅可用于近紅外基因編碼的活細胞鈣離子傳感，還實現(xiàn)了活體腦神經(jīng)元、肝細胞核的化學遺傳學標記。2X-羅丹明染料顯著擴展了近紅外熒光染料工具庫，為化學遺傳學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（標記為X）之間的關(guān)系。 (b) 2X-羅丹明骨架的設(shè)計概念。
  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) 2XR₇₁₅-HTL的結(jié)構(gòu)以及在有無HaloTag蛋白時的吸收光譜和發(fā)射光譜。 (d) 2XR₇₁₅-HTL用于免洗活細胞成像結(jié)果。 (e-h) 2XR₇₁₅-HTL結(jié)合HaloCaMP1a 用于體外和293T細胞內(nèi)的鈣離子傳感。
 
圖 3. (a-c) 2XR₇₁₅-HTL用于標記表達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) 2XR₇₁₅-HTL用于小鼠表達HaloTag-mCherry融合蛋白的皮層神經(jīng)元成像。(e-h) 2XR₇₁₅-HTL 用于小鼠肝臟細胞核表達H2B-HaloTag的近紅外二區(qū)活體成像。
 
參考文獻：
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 NIR-II in vivo imaging system
 
文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST分別完成了NIR-II小鼠動態(tài)成像、活體深層組織PD-L1成像、活體肝細胞核的化學遺傳學成像實驗。
 
        該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動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，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統(tǒng)應(yīng)用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(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，成像功能亦可進一步升級擴展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。