Wetenschappers kunnen biomoleculaire processen in levend weefsel volgen met niet-invasieve optische methoden, zoals fluorescentiebeeldvorming. Echter, de daarvoor gebruikte fluorescerende kleurstoffen zijn vaak nogal onstabiel, en fotobleken, gebrek aan specificiteit, en slechte farmacokinetiek zijn terugkerende problemen. Amerikaanse wetenschappers hebben een moleculair schild ontwikkeld dat nabij-infrarood fluorescerende kleurstoffen stabiliseert en hun functionaliteit verbetert. Hun synthese en karakterisering worden gerapporteerd in het tijdschrift Angewandte Chemie.

Fluorescentie bio-imaging maakt vaak gebruik van het nabij-infrarode lichtgebied omdat deze straling efficiënt menselijk weefsel kan binnendringen. Fluorescerende kleurstoffen die voor dit doel zijn ontworpen, hebben meestal een platte, symmetrische moleculaire architectuur, die de absorptie van nabij-infraroodlicht bevordert, maar de kleurstoffen moeten ook in water oplosbaar zijn en functionele groepen dragen voor conjugatie met doelgerichte biomoleculen, bijvoorbeeld, antilichamen of tumorbindende peptiden. Een lid van deze klasse van fluorescerende kleurstoffen, heptamethinecyanines genoemd, of Cy7, wordt momenteel onderzocht in chirurgische toepassingen.

Echter, de Cy7-moleculen hebben hun nadelen. Hun lichtabsorberende chromofoor is kwetsbaar voor zuurstofradicalen, wat leidt tot bleken. In aanvulling, de platte stijve moleculen kunnen aggregeren en niet-specifiek interageren met andere biomoleculen, wat hun klaring uit het lichaam vertraagt.

Om deze problemen aan te pakken, Bradley D. Smith en zijn groep aan de Universiteit van Notre Dame, ONS., verbeterde de chemische structuur van de kleurstof. Om de heptamethinechromofoor te beschermen tegen aantasting door zuurstof, ze introduceerden een volumineus en slim schild. Ze bevestigden een omvangrijke aromatische groep bovenop het centrale deel van de chromofoor en voorzagen deze topgroep van lange afschermende armen die uitstaken over beide zijden van de chromofoor, als een vogel die zijn nest bedekt met zijn vleugels.

De resulterende kleurstof, die de wetenschappers "sterisch afgeschermde heptamethine cyanine kleurstof" of s775z noemen, was oplosbaar in water en verschafte stabiele fluorescentie. De afgeschermde architectuur verhinderde aggregatie en fotobleken, meldden de auteurs. De kleurstof was uitzonderlijk stabiel tegen chemische afbraak en kon "voor onbepaalde tijd" worden bewaard in een gewone koelkast, schreven de auteurs.

Ze voerden ook beeldvormende onderzoeken uit bij levende muizen en ontdekten dat s775z, in tegenstelling tot alle andere bestudeerde kleurstoffen, accumuleerde niet in de bloedklaringsorganen, maar was snel uit het lichaam gewassen. Bovendien, een op kanker gerichte versie van s775z verzamelde zich op een hoog niveau in tumoren en kon worden gevisualiseerd door fluorescentiebeeldvorming van de levende muizen.

De auteurs suggereren dat de nieuwe s775z-kleurstof nuttig zal zijn voor een breed scala aan biomedische beeldvormingstoepassingen. Ze wijzen erop dat de verandering van een plat molecuul naar een driedimensionale afschermingsarchitectuur de sleutel was om deze klasse van nabij-infrarode fluorescentiekleurstoffen stabieler en efficiënter te maken.