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新型钌(II)配合物分子探针:磷光/时间分辨发光检测人血清中及亚细胞水平的生物硫醇

活性生物组分如活性氧组分(ROS)、活性氮组分(RNS)、氨基酸及小肽等小分子及离子在生物体内发挥着至关重要的生理作用。这些高活性组分在生物体内含量水平失调会诱发各种疾病,危害生物体健康。因此,监测生物体内这些生物标志分子的含量水平对疾病的早期诊断、跟踪治疗及疾病的生理、病理学研究等具有重要的价值。近年来,大连理工大学袁景利教授及张文珠副教授研究团队结合过渡金属配合物所具有的光化学、电化学特有优势,开发出一系列可激活的分子探针用于测定生物体内的活性标志物。如图1所示,该课题组通过引入活性的官能团巧妙地调控钌/铱配合物的发光性质,并通过生物分子诱导的特异性作用改变探针的光/电化学特性,从而实现了对多种ROS、RNS、氨基酸等生物组分的定量检测。并通过细胞与活体生物成像研究及生物体液内各种标志物的检测,为钌/铱配合物分子探针的研制与应用建立了较完善的研究体系,也为开发金属配合物在生物检测技术中的应用提供了有价值的研究策略。

图1. 金属配合物分子探针(A)用于磷光、(B)电化学发光、(C)生化测定


在此基础上,袁景利教授(点击查看介绍)团队近日与澳大利亚昆士兰大学张润博士(点击查看介绍)合作开发出一种新型的钌配合物分子探针Ru-2用于活体细胞溶酶体内及小动物体内生物硫醇的磷光成像测定以及人血清中生物硫醇的时间分辨发光定量分析该探针具有以下优点


1. 可用于人血清中生物硫醇的定量时间分辨发光分析:生物硫醇分子在生物氧化还原平衡、生物催化、金属键合和转录后修饰等方面扮演着重要的角色。血液中生物硫醇的含量水平直接反映了生物体的健康状况,但由于血清中生物分子背景发光的影响,通常的荧光探针法用于定量测定血清中的生物硫醇仍然较为困难。在该研究中,作者利用配合物Ru-2的长寿命磷光特性,采用时间分辨发光技术解决了背景荧光的干扰问题,成功实现了人血清中生物硫醇总含量的测定。

图2. (1)钌(II)配合物发光探针Ru-2与生物硫醇的反应机理;(2)用于人血清中生物硫醇的时间分辨发光检测:A. 磷光检测,B. 时间分辨发光检测


2. 可用于活细胞溶酶体内生物硫醇的成像测定:据报道,在活细胞溶酶体内,谷胱甘肽能有效稳定溶酶体的膜结构,而半胱氨酸主要起到刺激溶酶体降解蛋白质的作用。因此,研制可用于实时原位成像检测活细胞溶酶体内生物硫醇含量水平的探针对于生物硫醇的功能研究具有重要的价值。在该研究中,探针分子Ru-2内存在强PET作用几乎不发光,但与生物硫醇发生反应后可导致PET作用消失,并引起磷光的显著增强。引入的溶酶体靶向定位基团(吗啉基团)使探针分子进入细胞后可有效地富集于细胞的溶酶体内,进而实现对溶酶体内生物硫醇的磷光成像检测。

图3. (1)探针Ru-2用于活细胞溶酶体内活体;(2)大型蚤体内生物硫醇的成像测定


该探针的研制成功不仅解决了血清样品中生物硫醇定量测定的难题,实现了亚细胞水平生物硫醇的成像测定,也有效拓展了金属配合物在生物检测领域的应用空间,为金属配合物分子探针在生化分析、疾病诊断及监测治疗方向的应用研究做出了积极的贡献。


这一成果近期发表在美国化学会Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是大连理工大学的博士研究生高权坤


该论文作者为:Quankun Gao, Wenzhu Zhang, Bo Song, Run Zhang, Weihua Guo, Jingli Yuan

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Development of a Novel Lysosome-Targeted Ruthenium(II) Complex for Phosphorescence/Time-Gated Luminescence Assay of Biothiols

Anal. Chem., 2017, 89, 4517, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04925


导师介绍

袁景利

http://www.x-mol.com/university/faculty/9168

张润

http://www.x-mol.com/university/faculty/45851


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