Поговорим о яркой идее: благодаря химикам из Университета Райса и Стэнфордского университета освещение мозга больше не просто фигура речи.

Хань Сяо из Райса, Чжэнь Чэн из Стэнфорда и его сотрудники разработали новый инструмент для неинвазивной визуализации мозга, который может помочь осветить труднодоступные структуры и процессы. Их мелкомолекулярный краситель, или фторфор, является первым в своем роде, который может пересечь гематоэнцефалический барьер. Более того, это позволило исследователям различать здоровую ткань мозга и опухоль глиобластомы у мышей.

Например, это может быть очень полезно для операции с визуалацией. Используя этот краситель, врач может определить, где находится граница между нормальной тканью мозга и опухолевой тканью”.

Хань Сяо, Университет Райса

Исследование опубликовано на обложке 28 декабря номера журнала Американского химического общества.

Если вы были в аквариуме или ночном клубе, вы, вероятно, заметили красочное свечение, которое излучают некоторые объекты или поверхности под черным светом. Известный как флуоресценция, этот светящийся эффект может быть полезен для отображения видимых вещей, которые в противном случае остаются незамеченными.

“Флуоресцентная визуализация была применена для визуализации рака в разных частях нашего тела”, – сказал Сяо. “Преимущества флуоресцентного зонда включают высокое разрешение и способность адаптировать зонд к чтению различных веществ или видов деятельности”.

Чем глубже ткань или орган, тем длиннее длины волн, необходимые для распознаваивания присутствия флуоресцентных малых молекул. По этой причине второй ближний инфракрасный (NIR-II) канал с длинами волн от 1000 до 1700 нанометров особенно важен для глубокой визуализации тканей. Для справки, длины волн видимого света варьируются от 380 до 700 нанометров.

“Наш инструмент действительно ценен для глубокой визуализации, потому что он функционирует в регионе NIR-II”, – сказал Сяо. “В отличие от длин волн NIR-II, флуоресцентные эффекты в видимом спектре или с ближними инфракрасными длинами волн от 600 до 900 нанометров (NIR-I) только заставят вас глубоко упасть в кожу”.

Визуализация мозга создает особую проблему не только из-за глубины и доступности тканей, но и из-за гематоэнцефалического барьера, слоя клеток, который действует как очень селективный фильтр для ограничения прохождения веществ из системы кровообращения в центральную нервную систему.

“Люди всегда хотят знать, что именно происходит в мозге, но очень трудно спроектировать молекулу, которая может проникнуть в гематоэнцефалический барьер. До 98% мелкомолекулярных препаратов, одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), не могут”, – сказал Сяо.

“В целом, причина, по которой молекула красителя NIR-II имеет тенденцию быть большой, заключается в том, что это сопряженная структура со многими двойными связями”, – продолжил он. “Это настоящая проблема и причина, по которой мы до сих пор не могли использовать флуоресценцию в визуализации мозга. Мы попытались решить эту проблему, разработав этот новый краситель, который очень маленький, но имеет длинную длину волны”.

В отличие от двух других известных красящихся лесов NIR-II, которые не способны пересекать гематоэнцефалический барьер, тот, который разработан Сяо, более компактен, что делает его отличным кандидатом для зондов или лекарств, нацеленных на мозг. “В будущем мы могли бы модифицировать этот скаффолд и использовать его для поиска множества различных метаболитов в мозге”, – сказал Сяо.

Помимо мозга, краситель, разработанный Сяо, обладает гораздо большей длительностью, чем индокианин зеленый, единственный маломолекулярный краситель NIR, одобренный FDA для использования в качестве контрастного агента. Более длительный срок службы означает, что у исследователей есть больше времени для записи флуоресцентного следа, прежде чем он исчезнет.

“При воздействии света след зеленого красителя индокианина ухудшается за считанные секунды, в то время как наш краситель оставляет стабильный след более 10 минут”, – сказал Сяо.

Исследование было поддержано Научно-исследовательским институтом профилактики рака Техаса (RR170014), Национальными институтами здравоохранения (GM133706, CA255894), Министерством обороны (W81XWH-21-1-0789), Робертом А. Фонд Уэлча (C-1970, C-0807), Национальный научный фонд (1803066, 2203309), Премия Хэмилла за инновации, Джон С. Совместная премия Фонда Данна и кафедра радиологии Стэнфордского университета.

Источник