研究进展:光声成像是一种新兴的成像方式,它在灵敏度、分辨率和成像深度方面具有显著优势,在选定的光声剂吸收近红外光后,热弹性膨胀产生可检测的超声波,但目前缺乏造影剂的开发。方酸菁染料是相对稳定的碱性分子,其结构可以对光声信号产生影响,活性氧物质的减少会产生非辐射热能使得超声波增加,而引入重原子和卤素可以减少活性氧的产生。 解决方案:在本文中,作者采取了一种系统的方法来增加方酸菁侧链的重量,首先,作者在杂化的第五位引入F、Cl、Br等原子进行卤化,以确保由于侧链卤化而增强光声信号,其次,延长方酸菁的烃链,合成了一种高度稳定且对称的方酸菁染料(图1)。实验结果表明,SQ Br和SQ
Cl随时间的变化,吸收效率基本保持不变,可以产生一致的光信号,这说明其具有较高的稳定性,不会发生光降解和其他可能改变其光热性质的化学变化,且可以产生更清晰准确的光声信号(图2)。由于电负性原子的加入增加了杂环末端的吸电子强度,因此,Br、F和Cl取代的侧链均导致光声信号显著增加(图3)。此外,用三甲基丙基铵取代的方酸菁具有更强的光声活性。组织学分析显示,方酸菁处理后的体外动物组织无异常形态变化(图4C)。小鼠体内成像表明SQ Br是最强的光声信号发生器,其显示出未来在临床应用中的潜力(图4A-B)。
图1:方酸菁光声探针的合成路线。
图2:方酸菁的光热(A)和光学性质(B)。
图3:(A)方酸菁的吸收光谱;(B)方酸菁光声强度的峰值;(C)仿组织模型中方酸菁的光声图像。
图4:(A)口服给药后由方酸菁产生的光声信号的体内可视化;(B)在(A)中观察到的光声信号的定量;(C)用方酸菁处理的动物结肠、肝、肾和脾的H&E组织学图像。
结论:本研究评价了方酸菁结构的改变对光声信号的影响,实验结果表明,利用三甲基丙基铵和卤素原子修饰的方酸染料,可以用于临床光声成像,小鼠模型的体内分析证实了其具有高分辨率光声成像的效果。
参考文献: Lacey R. McNally et al. Influence of structural moieties in
squaraine dyes on optoacoustic signal shape and intensity. Chem, 2023, 10, 1–17.