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　　合成染料與基因編碼的蛋白質標簽相融合的化學遺傳學方法為熒光生物成像提供一條充滿前景的途徑。然而，由于缺乏在“組織透明”的近紅外窗口（NIR，700-1700 nm）中工作的性能優異的熒光染料，化學遺傳學策略在活體深層組織事件的可視化應用中受到嚴重限制。

　　針對上述問題，研究團隊提出了一種雙橋策略，構建了一種新的羅丹明染料骨架，稱為2X-羅丹明，并將其成功應用于近紅外的化學遺傳學活體成像。該策略通過添加乙烯基基團來擴展傳統1X-羅丹明骨架的共軛體系以紅移波長，并設計引入雙原子橋X1和X2，分別形成五元環和六元環，以增強結構剛性和廣泛的光譜覆蓋。

　　在這項工作中，該團隊展示了2X-羅丹明的概念驗證成果，其中X1為硫（S），X2為C(CH3)2，在715/765 nm展現出強烈的近紅外吸收和發射峰，同時具有超過1000 nm的明亮發光拖尾，高熒光量子產率（ΦF = 0.11），長熒光壽命（τ = 1.1納秒）以及優越的KL-Z常數（-1.8）。進一步地，研究團隊展示了2X-羅丹明染料在活體動態成像和活體內靶向深層組織分子成像中的優越表現。此外，研究團隊還開發了針對HaloTag標簽蛋白的近紅外熒光配體，即2XR715-HTL，它不僅可用于近紅外基因編碼的活細胞鈣離子傳感，還實現了活體腦神經元、肝細胞核的化學遺傳學標記。2X-羅丹明染料顯著擴展了近紅外熒光染料工具庫，為化學遺傳學方法在活體成像和傳感的深入應用奠定了基礎。

圖1. (a) 傳統1X-羅丹明的發射波長、KL−Z與橋接基團（標記為X）之間的關系。

(b) 2X-羅丹明骨架的設計概念。

圖 2. (a) 2X-羅丹明在二氧六環-水溶液中的內酯-兩性離子平衡轉換（KL–Z）。

(b，c) 2XR715-HTL的結構以及在有無HaloTag蛋白時的吸收光譜和發射光譜。

(d) 2XR715-HTL用于免洗活細胞成像結果。

(e-h) 2XR715-HTL結合HaloCaMP1a 用于體外和293T細胞內的鈣離子傳感。

圖 3. (a-c) 2XR715-HTL用于標記表達HaloTag的BL21大腸桿菌的共聚焦成像及小鼠灌胃后的近紅外二區活體成像結果。

(d) 2XR715-HTL用于小鼠表達HaloTag-mCherry融合蛋白的皮層神經元成像。

(e-h) 2XR715-HTL 用于小鼠肝臟細胞核表達H2B-HaloTag的近紅外二區活體成像。

　　參考文獻：

　　Wenxiao Wu, Kui Yan, Zuyang He, Lu Zhang, Yuyao Dong, Bin Wu, Hongyue Liu, Shangfeng Wang,* and Fan Zhang* 2X-Rhodamine: A Bright and Fluorogenic Scaffold for Developing Near-Infrared Chemigenetic Indicators. https://doi.org/10.1021/jacs.4c03485.