基于发光与定位双功能荧光团检测亚细胞器内活性小分子荧光探针的设计合成及其成像可视化研究

Cellular basic structures consist of subcellular organelles which make cells work normally. Level changes of active small molecules in subcellar orgelles regulate cellular function changes, eventually result in occurrence and developments of critical diseases. Therefore, measuring them precisely is the hotspot in medical, chemical and biological fields nowadays. Due to the complexities of biological systems and features of active small molecules like very low concentrations etc, the applications of existing test methods are restricted, including protein probes and small probes conjugated to conventional targeting groups. To solve above-mentioned problems, we plan to develop highly selective and sensitive fluorescent probe based on bifunctional fluorophores possessing subcellular localization and fluorescence abilities, and investigate targeting mechanism and fluorescent switch mechanism of fluorescent probes, and then study regulating mechanism between active small molecules and cellular functions in subcellualr level.

亚细胞器组成了细胞的基本结构，使细胞能够正常地工作、运转。而亚细胞器内活性小分子的水平变化调控细胞功能变化，最终导致重大疾病的发生与发展,因此对它们的精确检测是目前医学、化学及生物学领域研究的热点与重点。由于细胞内生物背景极其复杂而且活性小分子大多浓度极低等特点，现有的检测亚细胞区域活性小分子的蛋白探针及连接传统定位基团的分子探针的应用受到限制。针对以上问题，本项目基于发光与亚细胞器定位双功能的荧光团，发展高选择性、高灵敏度响应调控细胞功能的亚细胞区域活性小分子的荧光探针，并系统研究探针的定位机理、探针荧光开关的发光机理，并在亚细胞水平探讨活性小分子对细胞功能的调控机制。

亚细胞器构成细胞的基本结构，维持细胞的正常生物学功能。而亚细胞器内活性小分子的水平变化调控细胞功能变化，最终导致重大疾病的发生与发展,因此对它们的精确检测是目前医学、化学及生物学领域研究的热点与重点。由于细胞内生物背景极其复杂而且活性小分子大多浓度极低等特点，现有的检测亚细胞区域活性小分子的蛋白探针及连接传统定位基团的分子探针的应用受到限制。针对上述问题，本项目利用具有发光与定位双重功能的荧光团，发展了多种新型分子荧光探针，成功地实现了对亚细胞器内活性小分子的成像检测。主要成果包括：（1）基于带有脂溶性阳离子的花菁荧光团，构建了检测线粒体内pH值、极性变化的近红外荧光探针，实现了瞬时、可逆、高选择性、高灵敏度的细胞及活体内荧光成像；（2）基于带有二甲氨基的丹磺酰胺荧光团，设计合成了同一激发不同发射波长的新型比率荧光探针，消除了激发光强度、探针不均匀分布等因素的影响，实现了溶酶体氯离子的定量成像检测；（3）构建了新型双光子荧光探针，对细胞及线粒体内超氧阴离子自由基进行了高灵敏度、高选择性荧光成像检测。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Sci.、Anal. Chem.、Chem. Commun.、Chem. Eur. J.等国际知名学术期刊上，其中第一作者/通讯作者6篇。研究成果为深入探讨亚细胞区域内活性氧自由基、阴离子的生物学作用提供了理论依据及成像材料。