生物硫醇荧光探针的设计、合成及生物应用研究
荧光探针因其无损伤、高时空分辨率以及可视化原位成像等优点，引起了各行各业的广泛关注。尤其是在生物医药领域中，荧光探针正在发挥着越来越重要的作用，已成为了科学研究的重要着眼点。小分子生物硫醇如半胱氨酸(Cysteine，Cys)、同型半胱氨酸(Homocysteine，Hcy)和还原型谷胱甘肽(Glutathione，GSH)等是复杂生物体中的重要物质，当其在细胞中的含量发生异常时，常会与阿尔茨海默病、心血管疾病、神经性疾病以及恶性肿瘤等多种疾病密切相关。因此，利用荧光探针对细胞内小分子生物硫醇的实时监测以及对体内生物硫醇含量变化的机制探究对于某些疾病的诊断和评估疾病进展有着十分重要的意义。 具体研究工作如下： 1.以具有良好生物相容性和优异光学性能的亚甲基蓝作为发色团合成了具有色烯骨架的近红外“turnon”型荧光探针3-1。该新型探针能够特异性识别生物硫醇并表现出698nm的荧光增强信号；通过对该探针识别硫醇的机理，我们发现了一种新颖的级联机制。在进一步研究中发现探针3-1可以实现在各种活癌细胞和小鼠中硫醇的实时可视化成像。此外，在本工作中，我们发现耐药癌细胞中的硫醇水平明显高于相应癌细胞中的硫醇水平，这表明硫醇水平可能在癌细胞产生耐药中起重要作用。 2.基于上述工作，我们利用新发现的级联机制，将3，3a-二氢环戊[b]色满环-1(2H)-酮与香豆素醛结合设计合成了探针4-1。该探针具有良好的水溶性，能够以约10s的超快速度与Cys结合，并表现出较低的检出限(0.49μM)。利用该探针，我们成功地将RAW264.7细胞染色，并可靶向定位于线粒体在橙色通道显示出明显的荧光信号。探针4-1以其特有的结构以及优异的光学性质使其成为一种模型工具，为我们之后诊疗一体探针的设计奠定了良好的基础。 3.基于以上工作，我们发现Cys水平可能与癌变细胞密切相关，而有关研究表明氧化应激与癌症等许多疾病的发生有关。为了探究Cys与氧化性物质H2O2之间的联系，我们合成了荧光素探针5-1来原位评价活细胞中复杂的生物过程。在PBS中，Cys和H2O2的同时存在会使探针表现出比率型荧光变化；同时，在荧光素酶存在下，Cys和H2O2的同时出现会激活生物发光信号。该探针首次在活的MDA-MB-231细胞中检测到Cys诱导的H2O2上调，为进一步研究阐明平衡Cys细胞浓度的生物调节过程奠定了基础。此外，该探针也为Cys在体内的自氧化提供了证据。
生物硫醇;荧光探针;生物成像;光学性能
山西大学
硕士
药物化学
马开庆
2021
中文
O657.34
2021-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）