Adv. Mater. 濟南大學-利用比率熒光探針實現在體內對H2O2的近紅外和雙光子成像

CZM 7年前 (2016-09-01) 6068瀏覽

【引言】

活性氧簇（ROS）是一類對生物分子具有很高反應性的含氧分子，ROS在很多生理和病理學進程中扮演著重要角色。過氧化氫（H2O2）是主要的一種ROS，它是細胞生長、繁殖和分化的重要信使。但是過量的H2O2通常預示著疾病，如癌癥、神經衰退和心血管疾病等。因此發展能檢測體內的H2O2的方法至關重要。

熒光探針是生物分子檢測常用的手段，但是目前的熒光探針大多是基于強度型的（熒光強度變強或變弱）。為了解決這一問題，已經研究出了幾種針對H2O2的比率熒光探針，但是還存在幾個缺點：第一，特異性不強，除了跟H2O2反應外還能跟NO反應；第二，這些探針經常是單光子激發或者發射的熒光在可見光范圍內，組織穿透能力有限；第三，發射位移小，使得探針和反應產物的熒光相互重疊。

【成果簡介】

濟南大學熒光探針與生物醫學成像研究所的林偉英教授（通訊作者）的團隊設計了一種比率熒光探針來對H2O2進行同時的近紅外和雙光子成像（下文用BC代表文中設計的探針）。BC含有特殊的H2O2反應位點，能與H2O2反應（其它生物分子則幾乎不反應），反應后BC 472nm處的熒光強度增加，而693nm處的熒光強度則減弱，這兩種熒光的比例與H2O2的濃度呈線性關系。同時BC與H2O2反應后可以釋放一種雙光子熒光染料，染料可以吸收760nm的近紅外光而發出綠光，從而對H2O2進行成像。BC對H2O2具有很高的選擇性，可以拓展用來對其它ROS進行成像。

【圖文導讀】

圖1 熒光BC與H2O2反應導致的吸收和發射光的變化

（A）濃度為 5 × 10?6 m 的BC在不同H2O2濃度（0-180當量）時的吸收光譜，插圖：自然光下H2O2含量分別為0和120當量的溶液的照片。

（B）PBS溶液中，濃度為 5 × 10?6 m 的BC在不同H2O2濃度時的熒光光譜（激發光波長為410nm），插圖： 472 和693 nm處熒光強度與H2O2濃度的關系；

（C）472nm和693nm光強比率與H2O2濃度的線性關系，插圖：365 nm紫外光照射下H2O2含量分別為0和120當量的溶液的照片；

（D）用不同種類分子處理BC時472nm和693nm的光強比率，激發光波長為410nm。

圖2 用BC檢測RAW 264.7巨吞噬細胞產生的H2O2

（A）巨吞噬細胞的圖片（a1-a4）和用5 × 10?6 m BC處理的細胞的圖片（b1-b4）以及用5 × 10?6 m BC + 3μg mL?1 PMA處理的細胞的圖片（c1-c4，PMA能刺激產生H2O2），綠色（a1-c1）和紅色（a2-c2）熒光通道為單光子成像（OP）模式，a3-c3是明場細胞圖片與綠色和紅色通道合并的圖片，a4-c3是雙光子成像（TP）模式。OP成像：綠色，λex = 488 nm, λem = 500–550 nm；紅色，λex = 647 nm, λem = 663–738 nm；TP模式， λex = 760 nm, λem = 500–550 nm（λex為激發光波長，λem為發射熒光波長）。

（B）圖A中相對熒光強度的量化； ? ?（C）從圖B中得到的綠光和紅光強度的比率。

圖3 用斑馬魚幼蟲檢驗BC的成像能力

（A）斑馬魚（a1-a4）和用 10 × 10?6 m BC（b1-b4）與10 × 10?6 m BC + 200 × 10?6 m H2O2處理斑馬魚的圖片；綠色（a1-c1）和紅色（a2-c2）熒光通道為單光子成像（OP）模式，a3-c3是明場細胞圖片與綠色和紅色通道合并的圖片，a4-c3是雙光子成像（TP）模式。OP成像：綠色，λex = 488 nm, λem = 500–550 nm；紅色，λex = 647 nm, λem = 663–738 nm；TP模式， λex = 760 nm, λem = 500–550 nm（λex為激發光波長，λem為發射熒光波長）。

（B）圖A中相對熒光強度的量化； ?（C）從圖B中得到的綠光和紅光強度的比率。

注解圖示1：比率熒光BC的設計路線圖