日本名古屋-一组在名古屋大学转型生物分子研究所（ITbM），化学家的，已开发出新的近红外（NIR）发射光稳定的荧光染料PREX 710（抗光呫吨染料，其可在被激发根据Angewandte Chemie International Edition期刊发表的一项研究，710纳米可用于长期单分子成像和体内深度成像。

PREX 710具有分子结构，其由氧化膦（P = O）部分代替其稠合三环x吨核中的氧，以及外周芳环上的2个甲氧基（OMe）基团，其使得染料能够吸收和发射在近红外区域，分别考虑到其高化学性和光稳定性。此外，PREX 710 NHS酯可以与生物分子化学连接，包括蛋白质，糖和小有机配体，这可以导致观察活细胞中的各种结构和事件。

该研究小组与RIKEN和爱媛大学的研究人员一起发现，PREX 710可用于生理条件下的单分子荧光成像。PREX 710的高光稳定性使得能够重复成像，并且其在NIR区域中的特定光吸收/发射特性允许其与其他荧光染料一起使用的多色成像。此外，通过将PREX 710 NHS酯与多糖（葡聚糖）连接，该团队成功地对小鼠脑中的血管进行了3D深度体内成像。这可以通过PREX 710在血流中的高化学稳定性以及通过使用NIR辐射在组织内部深处来实现。高光稳定性，水溶性和化学稳定性，以及低细胞毒性，

荧光成像是一种特定蛋白质或细胞器用荧光探针标记的技术，用于在荧光显微镜下观察生物体的过程和结构。尽管到目前为止已经开发了许多荧光标记试剂，例如荧光蛋白和小荧光有机分子，但是它们中的大多数在可见区域中使用辐射。使用可见光（例如蓝光或绿光）的缺点在于其高能量，当它们长时间暴露时可能对活体样品造成损害。此外，当用可见光激发样品时，来自样品本身的自发荧光倾向于干扰来自荧光探针的信号。还已知生物分子如血红蛋白倾向于吸收可见光，

使用可见光成像产生的这些问题可以使用NIR辐射来克服，NIR辐射具有更长的波长，因此与可见光相比能量更低。尽管如此，迄今为止开发的许多NIR染料都是基于花青染料，其由聚甲炔链（通过交替的单键和双键连接的次甲基（CH）基团）组成，其具有连接到链的每个末端的含氮杂环。大多数花青染料具有低化学性和光稳定性，因此由于光漂白随着时间的推移而使这些染料难以长期生物成像。虽然可以加入抗褪色剂以防止光漂白，但它们可能不适用于活细胞实验。

“Yamaguchi集团一直致力于生产用于生物成像的光稳定染料，吸收和发射不同的波长，”ITBM的Shigehiro Yamaguchi教授副教授Masayasu Taki博士说，他是本研究的领导者之一。“众所周知，染料的激发和发射波长随着结构中共轭双键的增加而增加，但是更多的环使得合成复杂并且导致水溶性低，这对于在生理条件下成像是不理想的。因此决定通过将核心x吨环上的元素从氧气变为磷来合成不同的染料。“

“我们小组的博士后研究员Marek Grzybowski博士一直在研究这个项目，并设计了我们小组最近开发的许多基于罗丹明的荧光染料的合成，”Taki描述道。

在研究期间，该研究小组还发现，PREX 710的一种衍生物易受谷胱甘肽（GSH）还原形式的攻击，谷胱甘肽是一种三肽，可作为细胞中的抗氧化剂。虽然GSH对染料的脱色通常被认为是荧光实时成像的一个缺点，但该研究小组认为这种染料可以作为一种有前景的NIR探针来监测活细胞和组织中的GSH水平。

“在合成和测试各种x吨衍生物后，我们发现了PREX 710，它具有优异的化学和光稳定性，因此被证明是一种实用的NIR发射荧光团，它本身是膜可渗透的，主要定位于活HeLa细胞的线粒体， “塔基解释说。“我们非常高兴地看到，通过使用PREX 710，我们可以将活细胞成分可视化几分钟，相比之下，传统染料只能实现几秒钟。”

与RIKEN生物系统动力学研究中心的团队负责人Yasushi Okada博士合作，该团队发现PREX 710适用于单分子荧光成像，这种技术已知需要强光辐射。他们的研究表明，在相同的实验条件下，来自PREX 710的单分子荧光信号的80％可被检测2分钟，而一半的信号在20秒内用Alexa Fluor 647（花青染料）消失。实验证明，在不存在抗褪色剂的情况下，PREX 710可以在没有任何光漂白的情况下长时间可视化每个单个分子。

此外，该团队还能够在活HeLa细胞的多色成像中使用PREX 710。由于PREX 710的NIR激发和发射性质与可见光荧光染料不同，因此可以避免光谱串扰，以便可视化各自用不同染料染色的细胞组分。例如，分别用市售的荧光染料如DiI和SiR-DNA以及PREX 710染色细胞膜，细胞核和线粒体后，可以对活HeLa细胞进行多色成像。

PREX 710的实际应用也通过应用探针进行体内深度成像来证明，该探针是与Drs合作进行的。爱媛大学的Takeshi Imamura和Ryosuke Kawakami。使用PREX 710的生物缀合位点，葡聚糖（由葡萄糖分子组成的多糖）被荧光标记并通过小鼠尾静脉注射到血流中。由于NIR区域中的PREX 710的高亮度能够在深部组织中记录荧光信号，因此可以构建小鼠脑中血管的3D图像。

“我们很高兴地证明PREX 710及其衍生物是研究生物体，组织，细胞和分子动力学的有用工具，”Taki说。“我们目前正在开发其他可用于染色特定蛋白质的NIR荧光探针，以及更深入地检查活体结构和过程。我们希望这将导致生命系统中各种现象的可视化和阐明，包括医学症状，“他继续说道。