Molekylært stillads til modificering af fluorescerende forbindelser, der anvendes til biologisk billeddannelse

Stråling i det nær-infrarøde område er usynlig, men kan dybt trænge ind i levende væv uden at beskadige det. Farvestofmolekyler, der producerer nær-infrarødt lys, har derfor værdifulde anvendelser inden for medicinsk diagnostik, og A*STAR-forskere har udviklet en syntetisk tilgang, der hurtigt kan identificere måder at finjustere deres emissionsegenskaber på.

Et farvestof kendt som dihydroxanthen (DHX), selvom det blev opdaget for næsten 20 år siden, har tiltrukket en byge af fornyet interesse, efter at kemikere opdagede, at små justeringer af et centralt 'stillads' - en indbyrdes forbundne ramme af tre aromatiske ringe - kunne tænde lys, nær-infrarød fluorescens. Nuværende syntetiske metoder, imidlertid, er dårligt rustet til at få adgang til en række analoger fra et enkelt DHX-stillads. Dette gør det svært at forstå, hvordan visse strukturer kan maksimere fluorescens.

Jean-Alexandre Richard fra A*STAR's Institute of Chemical and Engineering Sciences og kolleger havde til formål at udforske DHX's potentiale ved at tage et forspring fra medicinske kemikere, som ofte genererer biblioteker af potentielle lægemiddelkandidater ved at reagere et fælles mellemprodukt med et sæt reagenser. Denne teknik, også kendt som divergerende syntese, forenkler bestræbelserne på at screene forbindelser med ønskværdige egenskaber væsentligt.

"Jeg så potentiale for at udvikle ny kemi til at fremstille disse farvestoffer, fordi de rapporterede ruter ikke var fleksible nok, " siger Richard. "Vores tilgang giver adgang til en række molekyler, som ville have været for tidskrævende at opnå gennem ren de novo syntese."

For at bygge deres bibliotek med farvestoffer, holdet udtænkte en divergerende syntese, hvor to 'kemiske håndtag' blev fastgjort til hver ende af DHX-stilladset. Ved at give håndtagene modstridende elektrondonerende og -acceptable evner, holdet forestillede sig, at de kunne skabe betingelser for en bred vifte af fluorescensniveauer. De identificerede, at ved at bruge aldehyd- og arylbromidhåndtag, de kunne fremstille det indledende stillads i blot et trin og på en gramskala.

Forskerne erstattede først systematisk bromhåndtaget med mere end 20 aminobaserede donorer, hver med lidt forskellige lineære, cyklisk, og aromatiske strukturer. Derefter, de skiftede direkte aldehydhåndtaget ud med en ladet aromatisk ringgruppe for at øge DHX's elektrontrækkende egenskaber. Optiske test af farvebiblioteket satte teamet i stand til at rangordne analogerne med hensyn til deres fluorescensintensitet - data, der kan vise sig kritiske for at spore forskellige komponenter i komplekse biosystemer.

Holdet er begejstret for farvestoffets nye potentiale. "DHX-farvestofferne vil komplementere det ret lille antal nær-infrarøde farvestoffer, der nu er tilgængelige, og opfordre folk til at betragte dem som en levedygtig mulighed for mikroskopi, diagnostik og billeddannelse, "siger Richard.