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pH和粘度双响应溶酶体靶向荧光探针用于癌症成像

癌症已成为全球死亡的主要原因,早发现、早诊断和早治疗是治愈癌症的关键。正常细胞向癌细胞的转化是一个复杂的过程,其特征不仅在于异常的增殖、分裂和转移,而且还涉及细胞内极性、乏氧、pH和粘度等微环境的改变。癌细胞与正常细胞微环境的差异,可以作为癌症标记物用于癌症诊断。真核细胞包含许多细胞器,包括溶酶体、线粒体、细胞核、高尔基体和内质网等,不同的细胞器具有不同的微环境。为了准确测定局部微环境变化,应在特定的细胞器内进行检测。溶酶体在癌症的发生、发展和耐药中起着独特的作用,溶酶体已成为癌症诊断和治疗中最有吸引力的靶标之一。最近的研究表明,癌细胞溶酶体的粘度高于正常细胞的溶酶体,并且癌细胞中的溶酶体pH(3.8-4.7)低于正常细胞的pH(4.5-6.0)。癌细胞溶酶体较高的粘度和较低的pH具有作为癌症标志物的潜力。


基于酸激活亚氨基吡罗红和氨基吡罗红转换和分子内扭曲电荷穿梭(Twisted Intramolecular Charge Shuttle, TICS)荧光传感机理,郑州大学李朝辉教授、孙远强副教授与山西大学刘景教授合作,设计了一种pH和粘度双响应荧光探针应用于癌症成像。探针的苯胺基团不仅可以作为pH响应位点,还是粘度响应位点和溶酶体靶向基团,起到了一石三鸟的功能。在碱性条件下,探针分子以亚氨基吡罗红的形式存在,在可见区没有明显吸收,因此在低粘度和高粘度条件下都没有荧光。在酸性和低粘度条件下,探针以氨基吡罗红的形式存在,在可见区具有强的吸收,但是由于苯胺基团在激发态转动,发生TICS,导致探针也没有荧光。只有在酸性和强粘度条件下,探针分子以氨基吡罗红形式存在,苯胺基团的转动受到抑制,TICS受限,探针才显示出强的荧光。由于癌细胞溶酶体具有更高的粘度和更低的pH,致使探针在癌细胞溶酶体中具有更高的荧光强度,从而实现癌细胞和正常细胞、以及肿瘤和正常组织的区分。

图1. 探针分子结构以及pH和粘度双响应传感机理示意图。


该研究结果在线发表在Analytical Chemistry ,郑州大学硕士研究生宋琰和山西大学张洪星博士为论文共同第一作者。


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):

One Stone, Three Birds: pH Triggered Transformation of Aminopyronine and Iminopyronine Based Lysosome Targeting Viscosity Probe for Cancer Visualization

Yan Song, Hongxing Zhang, Xia Wang, Xin Geng, Yuanqiang Sun*, Jing Liu*, and Zhaohui Li*

Anal. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04644


导师介绍

李朝辉

https://www.x-mol.com/university/faculty/14697

刘景

https://www.x-mol.com/university/faculty/201953


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