炎癥性腸病早期診斷和預后評估的可激活NIR-II半花菁染料分子工程技術
圖1. 用于炎癥性腸病早期診斷和預后評估的實時NIRF-II成像和無創糞便分析的方法設計
首先，作者測量了HBC1−5的物理化學性質，并與HC1的物理化學性質進行了比較（圖2d，e）。此外還進行了密度泛函理論（DFT）計算，HBC1−HBC5顯示出LUMO逐漸降低以及HOMO增加（圖2b），使能隙分別從2.77、2.67、2.38和2.34減小到2.00 eV（圖2c）。結果表明，HBC2-HBC5在PBS中具有高的光穩定性，在連續激光照射30分鐘下具有可忽略的熒光衰減（圖2f）。HBC4和HBC5具有明亮的NIRF-II信號，而HBC1−3和ICG顯示出相對較弱的信號。最后作者選擇HBC4用于進一步成像應用的NIR-II熒光團，因為它相對于HBC5更易于合成。
圖2. NIR-II半花菁熒光團性質分析
圖3. 組織穿透和成像靈敏度
此外，作者合成了一種可激活的探針（AIR），它包含三個關鍵的功能部分，如圖1b所示。圖4a展示了AIR的合成過程。然后，作者將AIR或AIR-C包封到PLGA和Eudragit S100中以分別合成AIR-PE或AIR-C-PE，用于在結腸pH下控制釋放AIR或AIR-C（圖1b）。為了研究探針釋放特性，在PBS緩沖液中不同pH條件下進行AIR-PE的透析（圖4f），其分別模擬胃、小腸和結腸區域的pH環境。此外，AIR-PE的NIRF-II強度在pH為2-10內不受影響（圖4g），AIR-OH的NIRF-II強度在pH 6至11內保持穩定，表明其優異的pH穩定性。（圖4 h）。
為了研究AIRPE的光學性質和傳感能力，記錄了其吸收和發射光譜。AIR-PE在765 nm處顯示出最大吸收（圖4 b，c），觀察到1088 nm處的熒光信號與ClO−濃度之間具有良好的線性關系，（圖4 e）。因此，AIR-PE在檢測ClO−方面具有高靈敏度和特異性。為了驗證AIR-PE在炎癥誘導的活細胞中的ClO−檢測能力，將RAW 264.7細胞接種到96孔板中，并用PBS或酵母聚糖（ZMS）培養。將細胞與AIR-PE或羅丹明B（Rho）一起孵育。使用小動物成像系統捕獲細胞的熒光圖像。結果證實（圖4k-m），在細胞中AIR-PE的NIRF-II信號可以被ClO−激活。圖4j顯示灌胃后5天，AIR-PE的糞便清除效率與腎排泄效率。
圖4. AIR-PE的設計、合成和表征
圖5. IBD的實時NIRF-II成像和糞便分析
圖6. 實時NIRF-II成像和糞便分析用于IBD的預后評估
本文報道了一系列具有記錄長波長發射的熒光半菁（HBC）骨架可以避免腸道中食糜和排泄物的高自發熒光以及 NIRF-I 窗口中的低效成像能力，用于通過 NIRF-II 成像早期診斷和監測 IBD 的預后。為早期檢測炎癥病變和監測治療反應提供了一種無創且更方便的方法，其性能優于 FOBT 和組織學檢查等典型的臨床/臨床前檢測。本文的工作不僅提出了第一個適用于深層病理事件的可激活 NIRF-II 成像的半菁骨架家族，而且還強調了開發超靈敏 NIR-II 熒光體外測定的必要性，用于臨床前和臨床環境中各種疾病的早期診斷和管理。
參考文獻
Liu Y, Diao S, Ruan B, Zhou Y, Yu M, Dong G, Xu W, Ning L, Zhou W, Jiang Y, Xie C, Fan Q, Huang J. Molecular Engineering of Activatable NIR-II Hemicyanine Reporters for Early Diagnosis and Prognostic Assessment of Inflammatory Bowel Disease. ACS Nano 2024, 18, 11, 8437–8451
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