A imagem de fluorescência pode ser conduzida com corantes de deslocamento Stokes longos que minimizam a diafonia entre a fonte de excitação e a emissão fluorescente para melhorar a relação sinal-fundo. Independentemente disso, os pesquisadores ainda formam corantes de moléculas pequenas e simples com grande deslocamento de Stokes e emissões de infravermelho próximo. Em um novo relatório agora publicado em Science Advances , Hao Chen e uma equipe de cientistas desenvolveram uma série de corantes de estireno oxazolona (SODs) usando métodos sintéticos simples inspirados na estrutura química cromófora de proteínas fluorescentes.
Os corantes mostraram emissões no infravermelho próximo com longo deslocamento de Stokes e pequeno peso molecular. Os corantes mais promissores também mostraram excreção renal rápida e propriedades de passagem da barreira hematoencefálica. Os bioengenheiros modificaram os compostos para imagens de tumores, cirurgia guiada por imagem de fluorescência, neurocirurgia e análise patológica. As descobertas contribuem com uma pequena categoria de corante molecular essencial para os corantes clássicos.

Desenvolver corantes de deslocamento Stokes longos

A imagem de fluorescência é difundida na pesquisa biomédica pré-clínica, bem como em patologia clínica e cirurgia guiada por imagem de fluorescência. A plataforma fácil e de baixo custo oferece danos leves à amostra biológica para alta sensibilidade de detecção. A aplicação biomédica da imagem fluorescente depende dos corantes com características críticas, incluindo perfis de absorção/emissão, coeficiente de absorção, rendimento quântico, deslocamento de Stokes e estabilidade fotoquímica.

No entanto, apenas alguns corantes mostraram propriedades ótimas em todas as categorias. A forte diafonia entre a excitação e a emissão de luz pode resultar em uma relação sinal-fundo relativamente baixa. Como resultado, os bioquímicos pretendem desenvolver um longo deslocamento de Stokes próximo a corantes infravermelhos para uma alta relação sinal-fundo. Neste trabalho, Chen e a equipe descreveram os primeiros corantes de estireno oxazolona de alta eficiência (SODs) como corantes de deslocamento longo, para fornecer uma nova estratégia para imagens de fluorescência in vivo.

Experiências:Projeto, síntese e caracterização de corantes estireno-oxazolona (SODs)

As proteínas de fluorescência são amplamente estudadas em pesquisas biológicas, onde compartilham o mesmo esqueleto central de uma porção de imidazolinona e uma ligação dupla exocíclica para alternar entre os estados escuro e claro. Os pesquisadores projetaram e sintetizaram uma série de corantes não relatados anteriormente com estireno oxazolona como esqueleto fundamental por meio de um procedimento simples à temperatura ambiente para bons rendimentos em duas horas. Eles caracterizaram a estrutura química dos SODs usando o padrão ¹ H ressonância magnética nuclear (RMN) e espectros de espectrometria de massa de alta resolução. A equipe identificou as propriedades espectroscópicas dos corantes em meio aquoso, onde notaram forte fluorescência com boa fotoestabilidade, devido à presença de uma dupla ligação exocíclica. Os pesquisadores derivaram a diferença nas propriedades espectroscópicas da propriedade elétrica e da posição dos substituintes.

Assim, eles mostraram como uma variedade de fatores afetaram as propriedades ópticas dos SODs (corantes de estireno oxazolona) e examinaram a citotoxicidade dos corantes posteriormente. Eles seguiram esses experimentos com farmacocinética in vivo por meio de imagens de fluorescência, bem como aplicações in vivo do corante para marcação de biomoléculas. Os resultados mostraram como algumas sondas direcionadas a condições patológicas acumularam mais em células tumorais do que em células normais, para destacar suas propriedades de direcionamento específicas do tumor.

Biocompatibilidade da injeção intravenosa das biomoléculas de corante

Os pesquisadores estudaram a biocompatibilidade do corante após injeção intravenosa em um modelo de camundongo e investigaram seu efeito nos órgãos internos por meio da histologia. Os resultados destacaram a possibilidade de usar a nova sonda de fluorescência para identificar tumores e imagens de fluorescência de órgãos principais. O trabalho enfatizou que o melhor momento para a cirurgia de tumor guiada por imagem de fluorescência seria 60 minutos após a injeção e demonstrou como o rápido acúmulo cerebral do corante o tornou adequado para imagens dinâmicas de nervos cranianos. Os resultados destacaram o impacto da molécula de corante para o monitoramento dinâmico do nervo cerebral pela primeira vez.

Perspectivas

In this way, Hao Chen and colleagues designed and developed a series of oxazolone analogs and calculated their optimized geometry. The resulting dye analogs showed a lower bandgap to contribute to a larger Stokes shift approximating 150 to 200 nm greater than traditional fluorescence dyes. The substituents and steric hindrance effects played a key role in influencing the spectroscopic properties of the dyes. The outcomes indicated good optical and pharmacokinetic properties with high signal-to-background ratio, rapid clearance, and low toxicity. The molecules impressively crossed the blood-brain barrier after intravenous injection into mice to provide a strong fluorescence signal to visualize neurons via confocal fluorescence imaging in vivo.

The team further modified the protocol to allow staining of mitochondria in living cells with applications across tumor imaging, fluorescence navigation surgery and confocal endoscopy to identify surgical boundaries and prevent surgical trauma. The new techniques facilitated the analysis of cell morphology in real time, which simplified the process of conventional histological examination with the additional capacity to replace traditional methods of staining such as Hematoxylin and Eosin as well. The dyes are a previously unreported compound that can be used for biomedical applications during fluorescence-guided surgery, with promising properties including high quantum efficiency, low cytotoxicity, rapid excretion and fluorescence imaging. + Explorar mais

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