Development and characterization of FI 7500: a novel near-infrared dye for in vitro and in vivo cell labeling
本文介绍了 FI 7500 的开发与全面表征，这是一种新型近红外染料，可作为生物发光的通用且可靠的替代方案，用于在 2D/3D 培养物中可视化细胞形态，并在体内追踪肿瘤生长与转移，具有长期稳定性且对细胞活力影响极小。
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长期以来，科学家们一直依赖一种简单的技巧来观察不可见之物：用发光的染料为细胞着色。通过将荧光标签附着在活细胞上，研究人员可以在显微镜下观察该细胞如何移动、分裂以及与其邻近细胞进行相互作用。几十年来，这些“油漆”一直局限于可见光（就像彩虹的颜色），而可见光在试图观察生物体深处时极易发生散射。为了看得更深，科学家转向了光谱的不同部分：近红外光。这种不可见的光比可见色更容易穿透皮肤和组织，就像一把能照穿浓雾的手电筒。然而，在活体动物内部使用这种光传统上需要复杂的变通方法。研究人员通常必须对细胞进行基因工程改造，使其产生自身的荧光，这个过程涉及插入外源基因，并且每次想要拍照时都要给动物喂食一种特殊的化学底物。这种方法既昂贵又耗时，而且可能会改变细胞的行为。
一个研究小组致力于寻找一种更简单的方法。他们想要测试一种名为 FI 7500 的新型即用型染料，这种染料在近红外范围内发光，无需对细胞进行任何基因改造。目标是测试这种染料是否能够粘附在细胞上、在活体动物体内保持亮度，并允许科学家追踪这些细胞的去向，且无需经历基因工程或重复注射化学物质的麻烦。如果成功，它将为观察细胞如何在体内移动（从皮肤表面到器官深处）提供一种直接的替代方案。
研究人员首先在培养皿中测试了这种染料的行为。他们将染料与各种类型的人类和小鼠细胞混合，仔细观察以确保不会对它们造成伤害。他们发现，在特定的低浓度下，这种染料是安全的，并在三十分钟内开始发光。在显微镜下，染料不仅仅是涂覆在细胞外部；它特异性地沉降在内质网中——这是细胞质内一个由管状和囊状结构组成的网络，充当工厂和运输系统。由于染料填充了这个内部网络，它照亮了整个细胞的形状，包括长而细的延伸部分，同时让中心核保持黑暗。这提供了一幅清晰、详细的细胞结构图。团队还测试了这种染料在被称为“球体”（spheroids）的三维细胞团上的表现，这种球体模拟了细胞在真实组织中聚集的方式。在活的、未经处理的球体中，染料可以深入观察到小集群的内部结构。当球体被固定并使用特殊的透明化试剂处理使其变得透明时，染料可以渗透得更深，从而揭示出更大集群的内部。
从培养皿转向真实世界，团队将用这种染料染色的细胞注射到小鼠体内，以观察其发光时间有多长。在一次实验中，他们将染色细胞植入小鼠皮下。染料保持明亮且可见长达三周，使研究人员能够追踪细胞在形成肿瘤过程中的生长情况。有趣的是，随着肿瘤的生长，发光区域并没有变大；相反，光线保持在原始位置，而肿瘤则在周围扩张。这告诉科学家，虽然这种染料非常适合追踪细胞的起始位置，但不能仅通过观察光线来测量生长中肿瘤的大小。然而，这种染料并未阻止细胞生长，证明了其对动物是安全的。
在第二个实验中，团队将染色细胞直接注入小鼠的血液循环中，以观察是否可以追踪这些细胞的移动路径。已知这些细胞会自然地沉积在肺部。在几小时内，研究人员就能清晰地看到发光细胞在肺部聚集，证实了染料保持附着并足够明亮，足以追踪细胞的旅程。这种方法与使用基因工程细胞的传统方法同样有效，但无需复杂的基因修改或反复注射化学物质。该研究得出结论，这种新染料是观察细胞在活体内部移动和沉降的可靠工具。它为研究细胞迁移和转移提供了一种实用、侵入性较小的方法，消除了基因工程带来的障碍，并为研究人员提供了观察细胞实时行为的更清晰、更直接的视角。
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