近红外二区（NIR-II，1000-1700 nm）荧光成像技术由于低的背景荧光和弱的组织散射，在活体深层组织的高分辨率分析成像方面显示出巨大的潜力。其中，基于可激活分子探针的NIR-II荧光成像技术表现出更高的活体成像分辨率和检测灵敏度，在活体深层组织的生物学研究和疾病评估方面具有广阔的应用前景。然而，目前几乎所有报道的NIR-II荧光探针都是不可逆的，仅仅只能反映单一方向的信号变化，无法实现生物体内动态可逆过程的追踪和可视化。近些年的研究表明，氧化还原稳态对于细胞的正常功能和机体的健康至关重要，其失衡与多种疾病的发生和发展都密切相关。因此，为了实现活体中氧化还原功能障碍疾病的准确检测，亟需开发具有氧化-还原可逆响应的NIR-II荧光探针。然而，由于缺乏合适的NIR-II荧光团，可逆检测生物体氧化-还原状态的NIR-II荧光探针十分匮乏。
近日，来自湖南大学的研究人员提出了一种新的NIR-II荧光探针的设计策略应用于活体中炎症的准确成像。首先，研究人员基于高稳定性三甲菁川骨架，利用分子工程手段开发了一系列新型NIR-II花菁荧光染料；随后，通过光谱测试筛选出对HClO和RSS具有可逆响应性能的最佳NIR-II荧光探针，并利用高分辨质谱和高效液相色谱对反应的可能机理进行证明；最后，利用高灵敏探针NIR-II Cy3-988，研究人员成功实现活体小鼠体内炎症的评估，同时也对小鼠肝损伤及修复过程中其氧化还原状态的动态变化进行了可逆监测。该工作不仅为NIR-II荧光染料应用于活体氧化还原状态的可逆成像提供了例证，同时也将重新点燃科研工作者对高稳定性NIR-II花菁染料的兴趣，以进行精确的生物成像和生物传感。
图1. a）常见的NIR-II区花菁染料；b）Cy3、Cy5和Cy7的稳定性研究；c）新型NIR-II区染料的设计途径
图2. 新型NIR-II染料的体外稳定性研究
图3. NIR-II探针对HClO和RSS可逆响应性能及可能响应机制研究
图4. 基于探针NIR-II Cy3-988的小鼠活体炎症及药物治疗过程中氧还原状态的监控
图5. 基于探针NIR-II Cy3-988的小鼠肝损伤及修复过程中氧化还原状态变化的可逆监测
相关成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上。湖南大学博士研究生何龙为论文的第一作者，通讯作者为湖南大学袁林教授与任天兵副教授。该论文的完成也得到了张晓兵教授的大力支持，以及国家自然科学基金和湖南省科技计划等基金的支持。
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Engineering of Reversible NIR-II Redox-Responsive Fluorescent Probes for Imaging of Inflammation In Vivo
Long He,Lin-Hui He,Shuai Xu,Tian-Bing Ren,Xing-Xing Zhang,Zuo-Jia Qin,Xiao-Bing Zhang,Lin Yuan
Angew. Chem. Int. Ed., 2022 DOI: 10.1002/anie.202211409
导师介绍
袁林，湖南大学教授，博士生导师，获得国家自然科学基金优秀青年科学基金、“万人计划”青年拔尖人才和湖南省科技创新领军人才等项目的支持。长期从事荧光染料和光学探针开发及其应用基础研究，以通讯或第一作者论文在J. Am. Chem. Soc.（9篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（9篇）和Nat. Commun.（1篇）等期刊发表高水平论文70余篇，连续入选2020和2021“中国高被引学者”榜单。课题组发展的染料被国内外多个课题组应用于成像与诊疗试剂的构建，部分探针已被其它课题组用于生物学研究。
课题组主页：
http://grjl.hnu.edu.cn/p/F7742B53D97CE182758967E578323672
https://www.x-mol.com/groups/lyuan
https://www.x-mol.com/groups/zhang_xiaobing
张晓兵/袁林课题组常年招收博士后，欢迎有志从事科研工作的博士加入（招聘广告：https://www.x-mol.com/job/3964）！有意者请联系袁老师（lyuan@hnu.edu.cn）。
