Les scientifiques peuvent surveiller les processus biomoléculaires dans les tissus vivants par des méthodes optiques non invasives, comme l'imagerie par fluorescence. Cependant, les colorants fluorescents utilisés à cet effet sont souvent assez instables, et photoblanchiment, manque de spécificité, et une mauvaise pharmacocinétique sont des problèmes récurrents. Des scientifiques américains ont développé un bouclier moléculaire qui stabilise les colorants fluorescents dans le proche infrarouge et améliore leur fonctionnalité. Leur synthèse et caractérisation sont rapportées dans la revue Angewandte Chemie.

La bio-imagerie par fluorescence utilise souvent la région de la lumière proche infrarouge car ce rayonnement peut pénétrer efficacement les tissus humains. Les colorants fluorescents conçus à cet effet ont généralement un plat, architecture moléculaire symétrique, qui favorise l'absorption de la lumière proche infrarouge, mais les colorants doivent également être solubles dans l'eau et porter des groupes fonctionnels pour se conjuguer avec des biomolécules de ciblage, par exemple, des anticorps ou des peptides de liaison tumorale. Un membre de cette classe de colorants fluorescents, appelées heptaméthine cyanines, ou Cy7, est actuellement à l'étude dans des applications chirurgicales.

Cependant, les molécules Cy7 ont leurs inconvénients. Leur chromophore absorbant la lumière est vulnérable aux radicaux oxygène, ce qui conduit au blanchiment. En outre, les molécules rigides plates peuvent s'agréger et interagir de manière non spécifique avec d'autres biomolécules, ce qui ralentit leur évacuation du corps.

Pour faire face à ces problèmes, Bradley D. Smith et son groupe à l'Université de Notre Dame, NOUS., amélioré la structure chimique du colorant. Pour protéger le chromophore heptaméthine de l'attaque de l'oxygène, ils ont introduit un bouclier volumineux et intelligent. Ils ont attaché un groupe aromatique volumineux au-dessus de la partie centrale du chromophore et ont muni ce groupe supérieur de longs bras de protection faisant saillie sur les deux faces du chromophore, comme un oiseau qui couvre son nid de ses ailes.

Le colorant obtenu, que les scientifiques appellent "colorant heptaméthine cyanine à protection stérique" ou s775z, était soluble dans l'eau et procurait une fluorescence stable. L'architecture blindée a empêché l'agrégation et le photoblanchiment, les auteurs ont rapporté. Le colorant était exceptionnellement stable contre la dégradation chimique et pouvait être stocké « indéfiniment » dans un réfrigérateur commun, les auteurs ont écrit.

Ils ont également effectué des études d'imagerie sur des souris vivantes et ont découvert que s775z, contrairement à tous les autres colorants étudiés, ne s'est pas accumulé dans les organes de clairance sanguine, mais a été lavé hors du corps rapidement. De plus, une version de s775z ciblée sur le cancer s'est accumulée à un niveau élevé dans les tumeurs et a pu être visualisée par imagerie par fluorescence des souris vivantes.

Les auteurs suggèrent que le nouveau colorant s775z sera utile pour un large éventail d'applications d'imagerie biomédicale. Ils soulignent que le passage d'une molécule plate à une architecture de blindage tridimensionnelle a été la clé pour rendre cette classe de colorants fluorescents dans le proche infrarouge plus stable et efficace.