【摘要】：分子影像學(xué)(molecular imaging)即對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程應(yīng)用影像學(xué)的相關(guān)方法進(jìn)行活體、組織、細(xì)胞甚至分子水平的定性與定量研究,是近年來(lái)科學(xué)研究非常熱門的一個(gè)前沿領(lǐng)域,在腫瘤的早期影像診斷,細(xì)胞信號(hào),疾病機(jī)制研究,藥物研發(fā),藥物傳遞,藥效評(píng)價(jià),以及超分子水凝膠材料等方面有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)發(fā)展的分子成像技術(shù)有放射性核素成像技術(shù)包括單電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃面和正電子發(fā)射斷層掃描,核磁共振成像技術(shù),計(jì)算機(jī)斷層掃面成像,超聲成像,光學(xué)成像,其中包括生物發(fā)光成像、化學(xué)發(fā)光成像,熒光成像,光聲成像,各種成像技術(shù)在靈敏度、時(shí)間空間分辨率以及組織穿透率等性質(zhì)上有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。但是由于多方面的因素,實(shí)際成功用于臨床診斷的分子成像的試劑卻很少,仍然具有巨大的挑戰(zhàn)性。綜合上述分子成像技術(shù)的發(fā)展,我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了幾個(gè)小分子探針用于高選擇性高靈敏性檢測(cè)相關(guān)的重要生物分子(活性氧簇,蛋白酶,金屬離子等),并用于細(xì)胞內(nèi)外的成像分析。本論文主要包括一下三個(gè)工作:(1)一氧化氮(NO)是人體內(nèi)第一大普遍存在的信號(hào)分子,其他兩個(gè)信號(hào)分子分別是硫化氫(H2S)與一氧化碳(CO)。體外和體內(nèi)對(duì)一氧化氮的高選擇性和高敏感性檢測(cè)具有重要意義,但目前的研究仍面臨挑戰(zhàn)性。之前報(bào)道的一些用于NO檢測(cè)的熒光探針要么水溶性差,要么缺乏對(duì)細(xì)胞內(nèi)生物分子的選擇性。因此,我們合理地設(shè)計(jì)了一種水溶性、生物相容性、小分子探針:鄰苯二胺-Phe-Phe-OH(1),用于高選擇性和靈敏地檢測(cè)體外和活細(xì)胞中的一氧化氮。探針1可以與NO反應(yīng),并通過(guò)ICT機(jī)制在367 nm處產(chǎn)生熒光發(fā)射。體外實(shí)驗(yàn)表明,探針1對(duì)NO的檢測(cè)具有很高的選擇性和靈敏性,不受常見的陰離子,ROS/RNS和細(xì)胞內(nèi)生物分子DHA、AA、MGO的干擾。在PBS緩沖溶液中,1可用于檢測(cè)0-12 μM的NO濃度,其最低檢測(cè)限為6 nM。此外,探針1還成功用于檢測(cè)活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的一氧化氮。(2)聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)(AIE)近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于生物標(biāo)記物的檢測(cè)中。但是開發(fā)智能熒光探針來(lái)有效聚集具有AIE性質(zhì)的熒光發(fā)射基團(tuán)從而進(jìn)一步增強(qiáng)熒光仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。本課題研究中,通過(guò)將生物相容性的點(diǎn)擊縮合反應(yīng)(CBT-Cys)與具有AIE性質(zhì)的熒光基團(tuán)相結(jié)合,我們合理地設(shè)計(jì)了一種“智能”雙重聚集誘導(dǎo)發(fā)光的AIE探針AC-Arg-Arg-Cys(StBu)-Lys(TPE)-CBT(1),可用于活細(xì)胞內(nèi)Furin活性的增強(qiáng)熒光檢測(cè)。與單重聚集誘導(dǎo)發(fā)光的探針Ac-Arg-Val-Arg-Lys(TPE)-OH(1-Ctrl)相比,探針1在弗林酶作用下的熒光發(fā)射在體外和活細(xì)胞中分別增加了1.7倍和3.4倍。該智能的雙重聚集誘導(dǎo)發(fā)光的探針有望在不久的將來(lái)進(jìn)一步設(shè)計(jì)后,廣泛應(yīng)用于生物分子傳感器檢測(cè)或細(xì)胞成像檢測(cè)酶活性以顯著提高檢測(cè)的靈敏度,甚至有望用于活體動(dòng)物的實(shí)時(shí)成像分子。(3)鈣(Ca2+)作為細(xì)胞中最重要的離子之一,在電活動(dòng)和生物過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。由于細(xì)胞內(nèi)環(huán)境復(fù)雜,在體內(nèi)很難測(cè)定細(xì)胞的Ca2+濃度。根據(jù)已經(jīng)報(bào)道的一些研究成果,細(xì)胞內(nèi)核磁共振是獲取細(xì)胞內(nèi)成分實(shí)時(shí)信息的有效手段。本課題中,我們?cè)O(shè)計(jì)并和合成了一種基于1,2-雙(鄰氨基苯氧基)乙烷-N,N,N',N'-四乙酸(BAPTA)的新型鈣離子敏感的,細(xì)胞滲透性的19F核磁共振探針5TFM-BAPTA,BAPTA結(jié)構(gòu)可與鈣離子特異性結(jié)合。探針5TFM-BAPTA與Ca2+結(jié)合后19F核磁共振信號(hào)的化學(xué)位移發(fā)生變化,因此我們可以區(qū)分不同Ca2+濃度,并得到了其體外關(guān)系的擬合曲線,實(shí)現(xiàn)定量和定性檢測(cè)。該探針能以乙酯的形式穿透質(zhì)膜,乙酯在細(xì)胞質(zhì)中被相應(yīng)的酯酶水解,因而探針進(jìn)入細(xì)胞后可與細(xì)胞內(nèi)Ca2+結(jié)合。這種乙酯的形式還可以防止探針與細(xì)胞外的Ca2+結(jié)合。通過(guò)將產(chǎn)生的19F的化學(xué)位移與擬合曲線進(jìn)行比較,還可以對(duì)細(xì)胞質(zhì)中的裂解酯酶進(jìn)行初步的半定量分析。該探針成功用于細(xì)胞裂解液中Ca2+濃度的檢測(cè)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,利用該探針我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中存在兩種不同水平的Ca2+濃度分布,推測(cè)低濃度的分布可能代表胞質(zhì)中的Ca2+,而高濃度分布可能是由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)中Ca2+濃度較高所致。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明,鈣離子敏感的19F磁共振探針能區(qū)分不同細(xì)胞器中不同濃度的Ca2+。
【圖文】：

逡逑圖１．１分子成像技術(shù)的方法與步驟＇逡逑其中關(guān)鍵在于能夠?qū)崿F(xiàn)特異性ＩＧ向的成像分子探針（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｐｒｏｂｅ）的設(shè)逡逑計(jì)，如圖１．２所示＂，一般的分子探針通常使用小分子，肽鏈，蛋白，抗體等實(shí)現(xiàn)逡逑靶向目標(biāo)物質(zhì)，使用化學(xué)標(biāo)記，包括放射性標(biāo)記，磁共振信號(hào)標(biāo)記，光學(xué)標(biāo)記等逡逑提供成像的檢測(cè)信號(hào)。另外一些較為復(fù)雜的分子探針還可以包含多個(gè)組成部分，逡逑實(shí)現(xiàn)多模態(tài)多功能成像＂，１２。逡逑Ｔａｒｇｅｔ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｐｒｏｂｅ邋ｄｅｓｉｇｎ逡逑Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ邋ｍｏｔｅｔｙ邐Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ邋ｌｉｇａｎｄ逡逑Ｖｅｈｉｃｉｅ／ｃａｒｒｉｅｆ逡逑ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｗｉｔｃｈ邐Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋Ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ逡逑ＡｃｔｉｖＭａｌ？ｉ？邋ｂｙ邋ａ邐？邐Ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｔｏ逡逑ｂｉｏｉｏｇｉｃａｉ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋Ｂｏｄｙ邋Ｔｉｓｓｕｅ邋ｄｅｌｉｖｅｒｙ邐Ｂｋ＞ｋ？９（ｃａｌ邋ｔａｒｇｅｔｓ逡逑Ｐｈｏｔｏ－ｃｈ？ｍ？ｃｉｉｌ邋ｓｗｉｔｃｈｅｓ邐Ｅｘｃｒｅｔｉｏｎ邋ｒｏｕｔｅ邐（Ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ／Ａｎｔｉｇｅｎｓ｝逡逑（ＦＲＥＴ

圖１．１分子成像技術(shù)的方法與步驟＇逡逑其中關(guān)鍵在于能夠?qū)崿F(xiàn)特異性ＩＧ向的成像分子探針（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｐｒｏｂｅ）的設(shè)逡逑計(jì)，如圖１．２所示＂，一般的分子探針通常使用小分子，肽鏈，蛋白，抗體等實(shí)現(xiàn)逡逑靶向目標(biāo)物質(zhì)，，使用化學(xué)標(biāo)記，包括放射性標(biāo)記，磁共振信號(hào)標(biāo)記，光學(xué)標(biāo)記等逡逑提供成像的檢測(cè)信號(hào)。另外一些較為復(fù)雜的分子探針還可以包含多個(gè)組成部分，逡逑實(shí)現(xiàn)多模態(tài)多功能成像＂，１２。逡逑Ｔａｒｇｅｔ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｐｒｏｂｅ邋ｄｅｓｉｇｎ逡逑Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ邋ｍｏｔｅｔｙ邐Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ邋ｌｉｇａｎｄ逡逑Ｖｅｈｉｃｉｅ／ｃａｒｒｉｅｆ逡逑ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｗｉｔｃｈ邐Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋Ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ逡逑ＡｃｔｉｖＭａｌ？ｉ？邋ｂｙ邋ａ邐？邐Ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｔｏ逡逑ｂｉｏｉｏｇｉｃａｉ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋Ｂｏｄｙ邋Ｔｉｓｓｕｅ邋ｄｅｌｉｖｅｒｙ邐Ｂｋ＞ｋ？９（ｃａｌ邋ｔａｒｇｅｔｓ逡逑Ｐｈｏｔｏ－ｃｈ？ｍ？ｃｉｉｌ邋ｓｗｉｔｃｈｅｓ邐Ｅｘｃｒｅｔｉｏｎ邋ｒｏｕｔｅ邐（Ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ／Ａｎｔｉｇｅｎｓ｝逡逑（ＦＲＥＴ
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O657.3;R318

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本文編號(hào)：2686158