新型近红外粘度探针的设计合成及其生物应用

【摘要】：细胞粘度是影响生物大分子相互作用、化学信号传递和活性代谢物在活细胞内扩散的重要细胞内因素。细胞内的粘度异常与诸多疾病和功能障碍密切相关,因此在细胞水平上监测粘度变化具有重要的意义。但是,目前对细胞内粘度的测试依然是化学生物学中一大重要挑战,传统的毛细管粘度计、落球粘度计和旋转粘度计等粘度测量工具无法在活细胞水平上应用。近年来随着荧光检测和成像技术的发展,化学探针成为检测细胞内微环境的理想工具。然而,目前仍然缺乏高灵敏特异性检测细胞粘度的荧光探针。为解决上述问题,我们分别设计合成了新型近红外粘度探针和双锁模式探针,实现了对细胞粘度和硫化氢的高灵敏成像分析。论文主要工作内容如下:基于构建电子供体-受体分子转子的策略,我们设计合成了新型近红外粘度探针DCMN。探针结构通过核磁共振氢谱,碳谱和高分辨质谱得到了充分的表征。探针DCMN对粘度具有良好的线性响应,不受溶液极性和pH的影响,而且也不受其它生物活性物种,如金属离子、氨基酸、还原性物种、氧化性物种的影响。基于探针DCMN具有低生物毒性,良好的光稳定性和低生物背景,我们将其成功应用于活细胞粘度的荧光成像研究。结果表明,在饥饿诱导下,宫颈癌细胞(HeLa)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌细胞(MDA-MB-231)内的粘度显著升高;在药物鱼藤酮或制霉菌素的刺激下,HeLa细胞内的粘度也明显增大。上述实验结果表明,探针DCMN有望应用于生物体内相关疾病粘度变化的成像检测,为阐明疾病发展的机制提供优良的分析手段。通过在上述粘度探针结构中引入硫化氢特异性响应的2,4-二硝基苯磺酸酯基团,构建了肿瘤微环境特异性激活的双锁模式探针DCM-V-H_2S。探针DCM-V-H_2S对识别硫化氢具有优异的选择性,并且只有在高粘度和硫化氢同时存在下才能被激活发出近红外荧光,首次实现了对高粘度和硫化氢共存的检测。