内容提要
我们开发了一种多路近红外窗口二(NIR-II)荧光生物成像方法，允许实时、快速和定量地评估多器官功能障碍。鉴于现有的探针不能完全满足要求，我们合成了一系列吸收和发射波长不同的NIR-II半花菁染料(HDs)。通过对这些染料进行修饰，我们实现了肝、肾、胃和肠的高空间和时间分辨率成像。这种方法被进一步应用于研究顺铂引起的疾病，顺铂是一种已知会导致胃排空问题以及肝和肾损伤的药物。通过监测这些器官中染料的代谢率，我们准确地量化了多器官功能障碍，这也得到了金标准病理分析的证实。
结果和讨论
设计、合成和光物理表征
基于经典D-π-A结构，我们设计了三种转换策略增强共轭是实现发射波长红移。首先，扩展了末端部分的共轭体系，引入了呋喃-苯并[cd]吲哚，将发射驱动到NIR-II窗口。其次，将杂原子(X)从氧(O)取代为硫(S)、硒(Se)和硅(Si)有望实现更大的红移。最后，改变末端杂环中的取代模式(如羟基和乙二胺)可以进行微调，从而能够为NIR-II多路成像定制合适的荧光团。所有的HDs都可以通过两条可靠的路线合成：(i)黄杂环衍生物与各种吲哚化合物结合生成HD1-10和HD13-14。(ii)花菁ET-1080与3-羟基硫酚或物种3缩合生成HD11-12。HDs在甲醇中的光物理性质被检测，HDs的光谱覆盖了近红外-I和近红外-II窗口之间的区域，其值在659-988 nm和674 nm-1145 nm之间，显示出良好的成像前景。与Hd1(676 nm)相比，Hd2(780 nm)、Hd3(850 Nm)、Hd4(840 Nm)和Hd5(830 Nm)的λmax em分别红移了104、174、164和154 nm。表明扩展共轭是一种提高成像性能的有效方法。杂原子(O，S，Se，Si)的取代导致λmax em从Hd3(850 nm)红移到Hd11(855 nm)，Hd12(880 nm)和Hd13(944 nm)分别红移5，30和94 nm。这表明硅取代(HD13)比硒、硫和氧更能提高光谱红移效率。根据以前的经验，呋喃-苯并[CD]吲哚和乙二胺部分在HD14域的整合导致其λmax em红移到1145 nm，这对于HD家族来说是一个异常长的波长。值得注意的是，HD13(235 nm)和HD14(157 nm)中的硅原子取代产生了显著的斯托克斯位移，这可以有效地减少激发光的干扰。
肝肾功能不全的在体实时近红外成像
在综合考虑成像能力和结构适应性的基础上，我们选择了HD3作为基团进行修饰，得到了含有羧基的HD3-CAR。将HD3-CAR与促进肾脏清除的成分(mono-(6-(1，6hexamethylenediamine)-6-deoxy)-β-cyclodextrin，HeβCD结合起来生产HD3-CD。HD3-CD在水中的λmax abs为704 nm，λmax em为939 nm；在甲醇中，λmax abs803 nm，λmax em为940 nm。与在甲醇中相比，水中的λmax abs显示出99 nm的蓝移，我们推测这可能是由于分子间π-π堆积形成了H-聚集体。为此，我们研究了HD3-CD在不同水体积分数的甲醇-水混合溶液中的吸收光谱和荧光光谱。结果表明，当水含量从10%增加到100%时，803 nm处的吸收峰显著降低。同时，近红外光谱的荧光强度随着水含量的增加而逐渐减弱，证实了HD3-CD在水中由于π-π相互作用形成了H-聚集体。研究了HD3-CD的光稳定性，以评价其在生物成像中的应用潜力。与商品染料ICG相比，HD3-CD表现出更好的光稳定性，在连续808 nm激光照射30分钟时，吸收强度衰减可以忽略不计。此外，HD3-CD显示了出色的成像能力；在808 nm激发下，浸入1%Intralipid中的充满染料的毛细血管成功地成像，即使在4 mm的深度也显示出清晰的特征。此外，HD3-CD全身荧光成像显示小鼠肝脏(腹面)和肾脏(背面)有强烈的荧光信号。对回收的尿液进行高效液相分析，12h后肾脏代谢率为3.64±0.3%。此外，组织苏木精-伊红(H&E)染色显示，HD3-CD在注射后24小时内未造成任何组织损伤，表明其具有良好的生物相容性。
AAS致多器官功能障碍的体内多层近红外成像
马兜铃酸(AAs)是马兜铃科植物中发现的有毒化合物，已被发现可导致马兜铃酸肾病。我们期望通过使用双色成像技术为发现更多的潜在毒性提供有效的证据。给小鼠灌胃具有代表性的AAs(20 mg/kg)，包括AA-I、AA-II、马兜铃酸IIIa(AA-IIIa)、马兜铃酸IVa(AA-IVa)和马兜铃酸I(AL-I)，并以PBS为对照组。治疗6天后，尾静脉注射HD3-CD，灌胃注射HD6。近红外成像被用来监测来自肾脏、肝脏和胃的信号。注射HD3-CD后1h，小鼠肾脏NIR-II信号减弱，分别为0.03±0.04(AA-I)、0.07±0.04(AA-II)、0.35±0.07(AA-IIa)、0.26±0.09(AA-Iva)、0.30±0.10(AL-I)和0.31±0.08(PBS)。AA-I和AA-II治疗组的肾清除效率显著低于其他治疗组。注射HD3-CD后5h，AAI组和AA-II组肝脏NIR-II信号下降分别为0.12±0.07和0.18±0.07，明显低于对照组(0.28±0.05)、AA-IIIa组(0.24±0.09)、AA-IVa组(0.23±0.02)和AL-I组(0.23±0.06)。AA-IIIa、AA-IVa、AL-I或PBS治疗组的胃荧光信号表现出类似的趋势，而AA-I和AA-II组的胃荧光信号始终更高。例如，AA-I和AA-II在3h的荧光强度分别是对照组的9.3倍和9.7倍。总结了对照组和AAS处理组之间肝脏(t=5h)、肾脏(t=1h)和胃(t=3h)近红外-II信号变化的比较。结果表明，AA-I和AA-II组的探针清除效率低于AA-IIIa、AL-I和PBS组，表明AA-I和AA-II对肝、肾和胃有负面影响。此外，我们评估了血液生化和病理对照组和AAS治疗组之间的差异。结果表明，不同治疗组肝、肾、胃功能损害的趋势与探头的清除效率一致。
结论
我们以物理有机化学为指导，合成了一系列波长可调和的HDs。具有代表性的染料HD14以其超过1100 nm的超长波长发射脱颖而出。从这个HDs文库中，我们进一步创造了HD3-CD，其特征是能够从肝脏和肾脏中清除。它支持同时评估顺铂引起的器官损伤，这是一个以前从未探索过的话题。此外，使用HD6(660 nm激光)和HD14(808 nm激光)对顺铂引起的胃和肠损伤进行了NIR-II成像评估，潜在地扩大了对药物副作用的监测。HD3-CD、HD6和HD14的清晰吸收光谱使其能够在活体小鼠中使用NIR-II激发进行高信噪比的多色成像。
参考文献
Rapid discovery of drug-introduced multiple organ dysfunction via NIR-II fluorescent imaging，Pu Jiang,Ruihu Song,Yue Hu,Xin He,Zewei Zhang,Xuemei Wei,Zhiming Wang,De-an Guo,Hao Chen，Acta Pharmaceutica Sinica B 2025;15(8):4285-4299，https://doi.org/10.1016/j.apsb.2025.06.023
