Two-Photon Absorbing Dyes with Minimal Autofluorescence in Tissue Imaging

Dokyoung Kim, Hyunsoo Moon, Sung Hoon Baik, Subhankar Singha, Yong Woong Jun, Taejun Wang, Ki Hean Kim, Byung Sun Park, Junyang Jung, Inhee Mook-Jung, and Kyo Han Ahn.

Fluorescence imaging of tissues offer an essential means for studying biological systems. Autofluorescence becomes a serious issue in tissue imaging under excitation at UV− vis wavelengths where biological molecules compete with the fluorophore. To address this critical issue, a novel class of fluorophores that can be excited at ∼900 nm under two-photon excitation conditions and emits in the red wavelength region (≥600 nm) has been disclosed. The new π-extended dipolar dye system shows several advantageous features including minimal autofluorescence in tissue imaging and pronounced solvent-sensitive emission behavior, compared with a widely used two-photon absorbing dye, acedan. As an important application of the new dye system, one of the dyes was developed into a fluorescent probe for amyloid-β plaques, a key biomarker of Alzheimer’s disease. The probe enabled in vivo imaging of amyloid-β plaques in a disease-model mouse, with negligible background signal. The new dye system has great potential for the development of other types of two-photon fluorescent probes and tags for imaging of tissues with minimal autofluorescence.

조직의 형광 영상화는 생물학적 연구에 필수적 기술로 알려져 있는데 조직 영상화 과정에서 자외선을 흡수하는 생체내 여러 물질들이 형광을 내면서 형광체와 경쟁하는자가형광이 가장 큰 문제로 대두되고있다. 자가형광에 대한 문제를 극복하기 위하여 900 nm 의 이광자를 흡수하는 새로운 형태의  형광체를 개발함으로써 600 nm 이상의 구간에서 자가형광에 대한 문제를 크게 개선하여 보고하였다. 이 물질은 이광자 영상화에서 가장 널리 사용되는 아세단과 비교했을때 더 나은 형광세기와 더불어 훨씬 완화된 자가형광을 보여줌으로써 그 실용성을 검증하였고. 그 예로 치매의 바이오 마커인 아밀로이드 베타를 검출함으로써 실질적으로 크게 향상된 데이터를 보여줌으로써 미 화학회지인 J. Am. Chem. Soc.에 2015년 5월 7일 개제되었다.