作者:陈令新等 来源:《化学通讯》 发布时间:2012-12-19 10:27:14
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分子荧光探针实现活细胞内可视化检测

图1:一种含硝基功能团的近红外荧光探针


图2:一类含硒功能团的近红外荧光探针


 

图3:一种基于羟胺氧化的氧化/还原型荧光探针

生物体内存在着各种内源性活性物质 (蛋白质,小分子和离子),它们在生命体内的种类和浓度不尽相同,所起的生理活性的功能各异。生态环境一旦改变(例如:受到环境污染或者其它刺激)就会直接改变内源性物质的分布,从而导致疾病的发生。因此,详尽了解这些活性物质的产生、分布和生理功能对生态平衡、生理和病理的研究都有着重要的科学意义。利用小分子荧光探针可视化监测各类活性物质已成为目前化学和生物学的热点领域之一。
 
中科院烟台海岸带研究所陈令新研究员“环境微分析与监测”创新团队针对硫化氢(H2S)、硫醇和铁等活性物质,巧妙设计合成了几种新颖的小分子荧光探针,成功实现了活细胞内可视化检测。一系列相关成果发表在Chemical Communications和Chemistry - A European Journal等国际著名化学杂志上。
 
硫化氢 (H2S)是继NO和CO之后的第三个气体信号分子,可以快速穿过细胞膜,对一系列生物靶点产生作用,兼具细胞毒性效应和细胞保护作用。最近,该团队利用H2S对硝基的还原性质,开发出一种含硝基功能团的近红外荧光探针,用于H2S的检测。在生理条件下,该探针有效避免了细胞自发荧光的影响,在水溶液和活细胞中均给予了积极的近红外荧光信号响应,还成功拍摄到了活细胞内H2S浓度变化的实时图像(图1)。参见:Chemical Communications, 2012, 48 (96), 11757–11759.
 
硫醇是生物体中许多蛋白质和小分子的重要组成部分,在细胞的抗氧化系统中具有重要的作用。大量的生物现象被认为依赖于这些包含巯基的硫醇类物质,如氧化还原反应、甲基转移反应、二氧化碳固定反应以及辅酶A参与的反应等。最近,该团队根据Ebselen在生物体内的代谢机理,设计合成了一类含硒功能团的近红外荧光探针并将其用于活细胞和小鼠肝脏组织硫醇水平的检测(图2)。参见:Chemistry - A European Journal, 2012, 18(36):11343–11349.
 
铁是人体必需的微量元素,在氧代谢、电子转移和转录调控中发挥着不可替代的作用。生物体内铁的含量与健康状况息息相关。由于铁缺乏引起的缺铁性贫血是全球性的疾病,但其发病机理尚不完全清楚。而糖尿病、癌症和帕金森综合症等疾病的发生则与体内铁过负荷密切相关。最近,该团队根据三价铁易被羟胺还原的特点,将羟胺基团“嫁接”到荧光团上,发展了一种基于羟胺氧化的氧化/还原型荧光探针用于三价铁的检测。这是首次利用羟胺的氧化实现细胞内铁浓度的可视化荧光检测(图3)。参见:Chemical Communications, 2012, 48 (43), 5310–5312.
 
 
 
 
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