新型溶酶体靶向性荧光探针的设计、合成及生物成像应用研究

论文摘要

有机小分子荧光探针由于其高灵敏度、高选择性、高分辨率和实时定位等优点,在检测各种金属离子、阴离子和生物小分子等方面获得了长足的发展。基于小分子荧光探针的荧光成像技术有着成本低、对样品无损伤、时空分辨率高以及便于长时间观测等优越性,引起了人们的极大关注。近二十年来,各种各样功能化的荧光探针被报道出来,已广泛应用于荧光传感和生物成像。然而,在荧光探针研究领域仍然有一些亟待解决的难题和热点,如发展近红外包括近红外二区吸收和荧光发射的染料对于高穿透成像极具意义;发展光稳定性和化学稳定性好的荧光染料更有利于活体内长时间成像观测;发展具有多功能化的荧光探针（包括亚细胞器定位、荧光检测、药物释放等）可为医学和生命科学提供强有力的辅助工具。溶酶体是真核细胞中的一种酸性细胞器（pH 4.5-5.5）,它内部含有多种在pH 5条件下具有高催化活性的消化酶,同时其作为真核细胞的降解室,溶酶体的主要功能是回收受损的细胞器以及消化核酸、多糖、脂肪和蛋白质。此外,溶酶体具有高度动态性,它们不断的改变其内部形态和空间分布,实时跟踪它们的运动和形态变化不仅有助于了解它们的工作状态,更能够提供有效的手段来预防和诊断溶酶体功能障碍的相关疾病。溶酶体内各种被分析对象如pH值、粘度、各种金属离子、阴离子、生物小分子等等,它们的浓度和分布水平与溶酶体的生理功能密切相关。这些被分析对象的浓度异常则可能标志着各种溶酶体相关疾病,包括炎症、矽肺病、溶酶体贮积病、癌症、神经退行性疾病等。因此,发展高选择性和高灵敏度的荧光探针用于监控溶酶体中各类被分析物的浓度水平和分布状况具有显著意义,这种高效的实时观测技术非常有助于研究溶酶体相关的生理和病理过程,为疾病的预防和早期诊断提供理论依据。在本论文中,以靶向定位溶酶体功能化为基础,我们构建出了长波长发射的新型罗丹明类似物荧光探针分别用于检测溶酶体的pH值和次氯酸。论文的研究工作主要包括以下两部分:1.在第二章中,通过减小典型的溶酶体靶向基团4-（2-氨基乙基）吗啉的大小,以N-氨基吗啉作为罗丹明荧光调控开关和靶向溶酶体基团,我们设计了罗丹明类似物荧光探针Ly-HN2AM用于成像观测溶酶体pH的变化,与已报道的4-（2-氨基乙基）吗啉修饰的探针Ly-HN2AEM相比,新探针Ly-HN2AM更易于与H+结合形成稳定的五元环螯合物（pKa 5.35）,在pH值从4.79至6.07之间具有明显提高的灵敏度。新探针成功应用于可视化检测溶酶体相关的pH值变化,具有较好的光稳定性和低细胞毒性,表明其具有靶向定位溶酶体生物成像的潜在应用价值。2.在第三章中,结合我们之前的研究,以长波长荧光发射的染料HN4的合成方法为基础,通过修饰可靶向溶酶体的吗啉基团,首次合成了具有溶酶体靶向功能的HN4的衍生物HN4M,并以该染料构建了硫代内酯罗丹明类似物探针HN4MS。一般的,经典的罗丹明螺环衍生物探针对pH值较为敏感,通常不作为溶酶体靶向性探针用于检测被分析物。有趣的是,我们的探针HN4MS表现出了较强的耐酸性,能够在溶酶体pH条件下对次氯酸具有具有高灵敏度、高选择性和快速响应等优点。此外,该探针具有良好的双光子荧光性质,可利用近红外的双光子激光光源（800 nm）作为激发光,发射出长波长的荧光信号（632 nm）,能够较好地避免生理基质内的自发荧光干扰和自吸收影响。通过实验得以证明,探针HN4MS能成功地对活细胞和活组织中的HClO进行可视化检测。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 荧光分析原理

1.1.1 荧光分析发展概述

1.1.2 荧光产生机理

1.1.3 荧光的性能参数

1.2 荧光分子探针

1.2.1 荧光分子探针的分类

1.2.2 荧光分子探针的响应机理

1.3 荧光生物成像技术

1.4 溶酶体及定位溶酶体的功能化探针

1.4.1 定位溶酶体单功能化探针

1.4.2 检测溶酶体pH值的荧光探针

1.4.3 检测溶酶体金属离子的荧光探针

1.4.4 检测溶酶体生物活性物质的荧光探针

1.4.5 检测溶酶体中粘度、酶和ATP的荧光探针

1.5 论文选题意义及研究内容

1.5.1 论文选题意义

1.5.2 研究内容

第二章一种结构优化的荧光探针用于高灵敏度监测药物诱导的溶酶体pH值变化

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 荧光探针分子的合成

2.2.3 细胞毒性研究

2.2.4 细胞培养和荧光成像

2.3 结果与讨论

2.3.1 探针分子的设计和合成

2.3.2 Ly-HN2AM和 Ly-HN2AEM对 pH的分析性能

2.3.3 细胞毒性测定

2.3.4 时间点实验和光稳定性研究

2.3.5 共定位实验和定量成像

2.3.6 溶酶体中的动态pH变化的可视化

2.4 本章小结

第三章基于罗丹明类似物的靶向定位溶酶体荧光探针的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 荧光探针分子的合成

3.3 结果与讨论

3.3.1 染料HN4MS的设计和合成

3.3.2 HN4,HN4M和 HN4MS的光物理性质

3.3.3 生物成像应用

3.4 本章小结

第四章结论与展望

参考文献

附录

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孔珍珍

导师: 龚毅君

关键词: 荧光探针,生物成像,溶酶体,次氯酸

来源: 河南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 河南师范大学

分类号: Q503;O657.3

DOI: 10.27118/d.cnki.ghesu.2019.000120

总页数: 82

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