本文要点：近红外二区（NIR-II）荧光成像具有深组织穿透能力、高空间分辨率和信噪比等优点，在癌症成像中显示出巨大的前景。在众多的NIR-II荧光探针中，菁染料由于其良好的生物相容性和高NIR-II荧光量子产率而越来越受到人们的关注。然而，大多数市售NIR-II荧光菁染料的肿瘤靶向能力低，不适用于癌症成像。因此，迫切需要设计新型NIR-II荧光菁染料，以进一步促进其在癌症成像中的临床应用。
本研究通过将精氨酰甘氨酰天冬氨酸（RGD）偶联到市售菁染料IR806上而合成新型菁染料（IR806-RGD），使其具有更长的发射波长、更高的NIR-II荧光强度和更好的肿瘤靶向能力，并将其用于NIR-II荧光和光声（PA）成像。
图1. IR806-RGD的（a）合成和性能对比及（b）肿瘤NIR-II荧光和PA成像示意图
首先将市售的IR806与巯基丙酸反应，用硫醇取代IR806的氯，将羧基修饰到IR806上。然后，将得到的IR806-COOH与N-（2-氨基乙基）马来酰亚胺通过酰胺化反应偶联，得到具有马来酰亚胺部分修饰的IR806-Mal。最后，使用亚砜点击反应将cRGD与IR806-Mal连接，得到IR806-RGD。
由于使用硫醇取代了IR806的氯，IR806-RGD的最大吸收略微红移，而发射波长表现出从827nm到855nm的明显红移。IR806-RGD在NIR-II区域的荧光强度也显著增强，并且与浓度之间存在良好的线性关系。此外，由于IR806-RGD具有强烈的近红外吸收，其浓度与PA强度之间亦存在良好的线性关系，是PA成像的良好候选者。
图2. IR806-RGD的光学特性
研究人员以4T1细胞为模型评估IR806-RGD的细胞摄取和细胞相容性。随着IR806-RGD孵育时间的增加，细胞内的NIR-II荧光信号逐渐增加，表明IR806-RGD可以有效内化入4T1细胞。此外，IR806RGD还具有良好的生物相容性。使用MTT法检测IR806-RGD的细胞毒性，即使在20µg/mL的浓度下，4T1细胞存活率也高于85%；对于用PBS或IR806-RGD处理的4T1细胞，几乎没有观察到死细胞。
图3. IR806-RGD的细胞摄取和细胞相容性
体外模型研究证实，IR806-RGD具有相对较高的组织穿透深度。即使在厚度为6mm的鸡胸肉组织下，也可以检测到IR806-RGD的NIR-Ⅱ荧光信号；在不覆盖鸡胸肉组织的情况下，信噪比（SBR）高达58.4，在5mm鸡胸肉组织的覆盖下，SBR仍为2.33，高于检测限。
图4. IR806-RGD的组织穿透能力
IR806-RGD在小鼠体内肿瘤NIR-Ⅱ荧光成像中表现出高荧光强度和优异的肿瘤靶向能力。如图5，小鼠注射IR806-RGD的2小时后，肿瘤区域开始出现强烈的NIR-II荧光信号，其强度数倍于IR806注射小鼠的肿瘤区域信号，并且在24小时后依然有显著的荧光信号。在注射后24小时评估探针的离体生物分布，发现IR806-RGD注射小鼠的肿瘤荧光强度是IR806注射小鼠的4.4倍，进一步证实了IR806-RGD优越的肿瘤靶向能力。
图5. IR806-RGD体内肿瘤NIR-Ⅱ荧光成像
利用IR806-RGD进行小鼠体内肿瘤PA成像，同样发现了IR806-RGD的肿瘤主动靶向能力。在给予IR806-RGD之前，肿瘤部位仅显示出微弱的PA信号。静脉注射IR806RGD后，肿瘤的PA信号逐渐增强，并在注射后12h达到最大强度，比注射前高1.78倍。注射24小时后，肿瘤的PA强度仍保持在相对较高的水平。
图6. IR806-RGD体内PA成像
总之，本研究以市售的菁染料IR806合成了一种RGD共轭菁染料IR806-RGD，它可以良好地用于肿瘤的NIR-II荧光和PA成像。本研究为同时提高菁染料的NIR-II荧光强度和肿瘤靶向能力提供了一种有效的方法。通过使用类似的程序，可以对其他市售的菁染料进行改性，以获得更好的NIR-II荧光肿瘤成像性能。
参考文献
LIU Y, LU X, ZHOU W, et al. Molecular Engineering of a Commercially Available NIR-II Fluorescent Cyanine Dye for Improved Tumor Targeting and Imaging [J]. New Journal of Chemistry, 2023.
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