用于体内近红外-II 荧光成像的低分子量4,4’-喹菁啉类化合物

照亮隐匿的肿瘤

外科医生越来越依赖发光染料来实时定位癌症，但目前的工具在揭示深埋于体表之下的肿瘤方面仍有困难。本研究介绍了一类新的小分子发光物，能在更深的红外波段发光，使医生能够以更高的对比度和更少的背景干扰看得更深。如果这些染料能成功转化为临床应用，可能帮助外科医生在尽量保留健康组织的同时切除更多肿瘤组织。

为何更深的光很重要

目前大多数临床使用的荧光染料在近红外“NIR‑I”波段发光，该波段比可见光在组织中穿透得更好。但即便如此，散射和来自自身组织的天然背景荧光仍然限制了其深度，使得清晰观测超过几毫米深度的结构变得困难。将荧光转移到称为“NIR‑II”的更长波长区域后，光的散射减少，组织几乎不产生背景信号。其结果是有望获得更清晰的图像，并能够在手术中更深入地观察器官、血管和肿瘤。

设计新一族发光分子

作者设计了一类新的有机染料，称为4,4'-喹菁啉（QuCy）。在著名的外科染料骨架（喹啉/氰菁染料）基础上，他们用喹啉单元替换了分子的一部分，从而延展了共轭电子系统。计算模拟显示，这一改变缩小了分子基态与激发态之间的能隙，从而将其发色推向更长的 NIR‑II 波段。通过模块化的合成路线，团队合成了既有柔性又更为刚性的 QuCy 版本，并微调了亲水与疏脂基团等特性，以便这些分子能够配制并在未来与肽类或抗体等靶向单元连接。

更亮、更小、为体内使用而建

实验室测量表明，新染料在吸收和发射波长上都明显比标准的氰菁染料更长：吸收峰约在940–970纳米，而发射约在976–1004纳米，舒适地位于 NIR‑II 窗口内。重要的是，这些分子体积很小——大约只有许多现有 NIR‑II 试剂（一类常见的大分子或聚合物）的半数或更少。尽管体积紧凑，若干 QuCy 染料在长时间照射下仍保持亮度和稳定性，尤其是在被封装入类似脂质的微泡（脂质体）时。在模拟组织的凝胶和鸡胸肉切片实验中，QuCy 染料在最多6毫米厚的组织中仍保持清晰、局部化的信号，而现有的 NIR‑I 染料在超过2–3毫米后便变得模糊并丧失大部分强度。

从细胞到活体小鼠

在体外对肺癌细胞的测试中，只有部分 QuCy 变体能在完整细胞内强烈发光，这表明细胞进入能力与染料的局部环境都影响亮度。名为 JAM317 的环状 QuCy 染料表现突出，能够提供稳健的细胞内荧光，并在封装于脂质体后保持稳定。在活体小鼠中，JAM317 在 NIR‑II 波段成像时提供了高分辨率的血管网络图像。与常用的外科染料吲哚青绿（indocyanine green）进行直接对比时，JAM317 给出了更清晰的血管轮廓和更细的细节，尤其是在更长波长检测时更为明显。对染料随时间分布的追踪显示其在心脏和肺部迅速通行，随后在肝脏积累并最终通过肠道清除，这与其强烈结合血浆蛋白并以肝脏为主的体内消除途径一致。

迈向更智能的手术成像

总体而言，该研究表明小分子、经精心设计的 QuCy 染料能够克服当前荧光试剂的关键缺点，提供更深的穿透力、更低的背景和高细节图像，同时保持结构紧凑且易调控。对非专业读者而言，核心结论是外科医生可能很快就能拥有“夜视护目镜”式的癌症成像工具：可注射的染料安全地照亮体内深处的肿瘤和血管，帮助医生看得更多、切得更精确，从而留下更少的残余病变。

引用: Isuri, R.K., Hart, M.C., Adusei-Poku, S. et al. Low molecular weight 4,4’-quinocyanines for in vivo NIR-II fluorescence imaging. npj Imaging 4, 15 (2026). https://doi.org/10.1038/s44303-026-00140-3

关键词: 荧光引导手术, 近红外成像, NIR‑II 染料, 肿瘤显像, 血管成像