“响应型”荧光探针，即其未与目标分子反应时荧光猝灭，结合目标后可以被激活发光，从而提升成像的信背比实现信号监测。因此荧光探针被广泛应用于生物标志物检测、疾病诊断和手术导航等领域。其中，花菁染料由于自身良好的光学性质和生物安全性被广泛用作荧光探针设计的基体材料。但由于近红外花菁染料较长的共轭结构，已有策略设计的花菁探针往往出现荧光猝灭不完全、受环境干扰显著等问题。因此，开发稳定、低背景荧光、响应灵敏的近红外花菁探针具有重要研究意义。
近日，南开大学熊虎团队利用边臂5-exo-trig环化策略，开发了多种生理环境稳定、低背景荧光和响应灵敏的近红外花菁探针，并将其成功应用于体内高对比度成像。
研究人员受分子内环化方法的启发，筛选不同分子内环化策略（化合物12-14和23-25），根据不同的环化模式分子的性能表现，确认边臂5-exo-trig环化模式（化合物23）对于设计低背景荧光花菁探针具有优势。之后利用5-exo-trig策略设计了多种探针（化合物29-31），分别响应甲基乙二醛（MGO）、羟基自由基（·OH）以及三磷酸腺苷（ATP），在其分别与对应标志物响应后它们可以迅速转化为荧光开环结构，表现出最高可达163倍的近红外荧光增强。
此外，该团队成功将5-exo-trig策略进行扩展，设计了三种ATP响应的NIR-II花菁探针（42-44）以及利用主客体化学的诊疗一体化探针（57）。上述探针在ATP作用下最高可实现184倍的荧光增强，其中诊疗一体化探针57不但可以实现炎症性肠病中ATP的高信背比（信背比48/1）灵敏监测，而且可以精确检测粪便中的细胞外ATP，利用探针与粪便体外孵育可实现对炎症性肠病的检测。这项工作提出的5-exo-trig环化策略为开发低背景荧光响应型花菁探针提供了一条思路。
论文信息
Access to Diverse Activatable Heptamethine Cyanine Probes with Low Intrinsic Fluorescence via 5-exo-trig Cyclization Strategy for High-Contrast Bioimaging In Vivo
Fapu Wu, Bingbing Zheng, Xinyu Qiu, Tao Hu, Yuexia Yang, Kairong Yang, Bijia Zhou, Qian Ma, Prof. Dai-Wen Pang, Prof. Dr. Hu Xiong
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202423059
