Adv. Mater.：超靈敏納米探針以單細胞器的分辨率數字化細胞器內的pH值

CZM 7年前 (2016-11-22) 4638瀏覽

【引言】

生物響應納米材料有一系列的應用，如生物傳感、自愈合、組織工程、和藥物遞送。與單分子傳感器相比，納米顆粒傳感器能夠通過里面組分的協同作用放大信號，然而能夠將微小變化轉化為分散的信號而不引入背景信號的傳感器仍然沒有。

內涵體、溶酶體和其它與異化作用相關的細胞器被認為是信號轉換的中心，它能夠維持代謝平衡以及調節細胞和組織對養分有效性的響應。內涵體/溶酶體調節功能的異常與一系列的疾病有關，如老年癡呆癥、溶酶體儲存病、自身免疫性疾病等，雖然它們如此重要，但是目前還沒有方法能夠監測它們的動態成熟過程。pH值是內涵體成熟的標記，在這個過程中pH值從7.2連續減少到4.5以下。傳統的小分子探針要經過擴散、富集和激活過程才能成像，并且pH值和探針濃度對信號強度都有貢獻（不能區分信號是由哪個因素引起的）。

【成果簡介】

最近北京大學汪貽廣、美國德克薩斯大學達拉斯西南醫學中心的高金明（共同通訊作者）報道了一種利用對pH超靈敏的納米探針（HyUPS ）來對活細胞內吞相關的細胞器進行成像和酸化過程的量化的方法。這種探針由共軛不同熒光團的三種嵌段共聚物混合組成，每種嵌段共聚物都對特定的pH值敏感（分別為6.9,6.2和5.3）。開始時探針不發熒光，當pH值低于敏感值時，相應的共聚物就發出熒光，觀察熒光就可以知道pH值處于哪一個范圍（如果1和0分別代表有和沒有某種熒光，則pH的范圍從高到低可以分為000,100,110,111），并且它的分辨率可以達到單個細胞器，可以用來研究內吞相關的細胞器的成熟過程。

【圖文導讀】

圖1 HyUPS被腫瘤細胞內吞后對其細胞器pH值的數字化的示意圖

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HyUPS在pH為7.4時處于關閉狀態，被內吞之后，相應的共聚物從納米顆粒中依次脫離并且發出熒光，可以用0和1組成的條形碼對細胞器成熟的三個過程進行數字化。

圖2 HyUPS探針的體內表征

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（a-d）HyUPS在pH值不同的緩沖液中的熒光光譜；

（e）納米顆粒的數量（實心點）和不同激發信號（空心點）與pH值的關系；

（f）不同pH值下HyUPS的熒光圖片，綠色和紅色結合得到黃色，綠色、紅色和藍色結合得到白色。

圖3 在活的癌細胞內利用HyUPS對單個內吞相關細胞器進行實時追蹤

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（a）用HyUPS得到的不同時間下細胞器的成熟狀態圖；

（b）細胞器在不同pH范圍內的分布；

（c）用HyUPS對單個細胞器進行實時追蹤，插圖是白色箭頭方向的放大圖。

圖4 在活細胞內用HyUPS對細胞器的成熟進行成像

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（a）HBEC30KT 肺上皮細胞；

（b）同基因的HCC4017 肺癌細胞。兩者對比表明癌細胞內吞相關細胞器的成熟速率遠大于普通細胞。

文獻鏈接：Digitization of Endocytic pH by Hybrid Ultra-pH-Sensitive Nanoprobes at Single-Organelle Resolution（Adv. Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201603794）

本文由材料人生物材料組陳昭銘供稿，材料牛編輯整理。

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