Molecular Probes for Biomembrane Recognition

用于生物膜识别的分子探针

基本信息

  • 批准号:
    10366056
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Fluorescence imaging is having a transformative impact on general medical science with the advent of powerful preclinical techniques such as super-resolution microscopy and single-molecule-tracking, along with emerging clinical procedures such as fluorescence guided surgery and rapid pathology. Each method requires a specific type of fluorescent molecular probe, and in many cases non-optimal probe performance is a major factor that is limiting long term progress and broad impact. Thus, the central objective of this research is to develop greatly improved fluorescent dyes and convert them into molecular probes for important applications in preclinical and clinical imaging. The largest set of projects are based on new fluorescent cyanine heptamethine (Cy7) dyes that emit near-infrared (NIR) light with wavelengths >700 nm and enable imaging of living subjects in the wavelength windows known as NIR I and NIR II (the latter window is also called Short Wavelength Infrared). The new Cy7 dyes have innovative molecular design features that greatly enhance image contrast and permit rapid fine-tuning of probe pharmacokinetic profiles. The near-infrared dyes will be converted into various targeted and bioresponsive molecular probes for: (a) preclinical microscopy, including single-molecule localization microscopy, (b) in vivo fluorescence imaging of animal models of disease, and clinical imaging of patients undergoing surgery, (c) long-term implantable devices that use NIR fluorescence to report health status, and (d) biomedical diagnostics and sequencing methods. Some of these Cy7 dyes will be so stable that they can be incorporated, for the first time, into automated peptide and oligonucleotide synthesis protocols. This will have a major impact on clinical translation since it will allow researchers to reliably make their own Cy7 labeled peptide or oligonucleotide probes on a large scale using a standard synthesizer machine. A second set of projects will develop a new class of fluorescent molecules whose unusual self-threaded structures are reminiscent of entangled peptides. The probes have rigid peptide loops that promote outstanding stability and targeting properties, along with bright deep-red fluorescence that is perfectly suited for advanced intracellular microscopy. An early focus is on molecular probes that spontaneously permeate into living cells and permit selective fluorescence labeling of any intracellular protein containing a polyhistidine sequence (His-tagged protein). The work will create the first deep-red fluorescent molecular probes for rigorous nanoscale imaging of subcellular polar lipids during biomedically important dynamic processes such as viral infection and endosome/exosome trafficking. The utility and versatility of these new fluorescent probes will be demonstrated by collaborations with experts in advanced microscopy. Close coordination with a commercial vendor will ensure that the important fluorescent probes developed by this research quickly become available to all interested investigators.
项目摘要/摘要 荧光成像正在对一般医学科学产生变革性影响 强大的临床前技术,例如超分辨率显微镜和单分子跟踪,以及 新兴的临床程序,例如荧光引导手术和快速病理学。每种方法都需要 特定类型的荧光分子探针,在许多情况下,非最佳探针性能是主要的 限制长期进步和广泛影响的因素。因此,这项研究的核心目的是 开发大大改善荧光染料,并将其转换为分子探针,以进行重要应用 临床前和临床成像。最大的项目是基于新的荧光氰胺 (CY7)发射近红外(NIR)光波长> 700 nm的染料,并启用生物成像 在称为NIR I和NIR II的波长窗口中(后一个窗口也称为短波长 红外线的)。新的CY7染料具有创新的分子设计特征,可极大地增强图像对比度和 允许快速对探针药代动力学特征进行快速微调。近红外染料将转换为各种 靶向和生物措施分子探针:(a)临床前显微镜,包括单分子 定位显微镜,(b)疾病动物模型的体内荧光成像,以及的临床成像 接受手术的患者,(c)使用NIR荧光报告健康状况的长期植入式设备, (d)生物医学诊断和测序方法。这些Cy7染料中的一些将是如此稳定,以至于它们 可以首次将其纳入自动肽和寡核苷酸合成方案中。这会 对临床翻译产生重大影响,因为它将允许研究人员可靠地制作自己的CY7标签 使用标准合成机器大规模的肽或寡核苷酸探针。第二组 项目将开发出新的荧光分子,其不寻常的自我读物结构是 让人联想到纠缠肽。这些探针具有刚性肽环,可促进出色的稳定性和 靶向特性,以及明亮的深红色荧光,非常适合先进的细胞内 显微镜。早期的重点是自发地渗入活细胞并允许的分子探针 任何包含多组氨酸序列的细胞内蛋白的选择性荧光标记(His标记 蛋白质)。这项工作将创建第一个用于严格的纳米级成像的深红色荧光分子探针 在生物医学上重要的动态过程中,亚细胞极性脂质,例如病毒感染和 内体/外部贩运。这些新荧光探针的实用性和多功能性将被证明 通过与高级显微镜专家合作。与商业供应商的密切协调将确保 这项研究开发的重要荧光探针很快就可以为所有有兴趣的人使用 调查人员。

项目成果

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