双芳叉类双光子荧光探针的设计、合成及其在Aβ斑块成像中的应用

No disease-modifying treatments are currently available to reverse or stop the progress of Alzheimer’s disease (AD). Early diagnosis in the preclinical or early clinical stages of AD would be beneficial for the prevention and treatment of this disease. Real-time imaging Amyloid-β (Aβ) plaque with two-photon excited fluorescent probes is of great significance in the early clinical diagnosis of AD, and also the Aβ-related basic research field. We recently designed and synthesized a series of novel Aβ plaque two-photon probes based on the donor-acceptor-donor bis-arylidene scaffold. Preliminary results indicated that some probes could give near infrared (NIR) emission and specifically bind to Aβ aggregation with significant enhancement of fluorescent intensity. Ex vivo fluorescence observation of brain slices from AD Tg mice after injection of the probe revealed that our probes could penetrate the blood-brain barrier and detect the Aβ deposits in vivo. Based on the work above, we will further optimize and synthesize bis-arylidene compounds, and systematically evaluate their optical properties and ability to image and detect Aβ deposits by one/two-photon excited fluorescence technique. Our work aimed at developing Aβ plaque two-photon probes with NIR exciting and emission wavelength and other excellent properties, clarifying their binding mode and structure–activity relationship, and providing strategy for the development of novel Aβ plaque two-photon probes.

目前尚无药物可以有效治疗阿尔茨海默症（AD）。在AD早期阶段甚至临床前阶段进行诊断，将有利于AD的防治。开发双光子荧光探针，对Aβ斑块进行实时荧光成像，在AD患者的早期诊断以及Aβ相关的基础研究领域都具有重要的研究和应用价值。基于双芳叉结构以及供体-受体-供体的探针原理，我们设计、合成了一系列新型的Aβ斑块双光子荧光探针。前期实验表明，部分化合物发射波长达到近红外区，并可以特异性地结合Aβ聚集体，其荧光信号显著增强；AD转基因小鼠离体脑切片成像实验表明，化合物可以透过血脑屏障，在体内特异性地结合Aβ斑块。在此基础上，本项目将进一步优化并合成双芳叉类探针化合物，并系统评价其光学性能以及对Aβ斑块的单/双光子成像能力，旨在开发一类激发和发射波长均达到近红外区的、性能优异的Aβ斑块双光子探针；并阐明该类探针与Aβ聚集体的结合模式与构效关系，为设计靶向Aβ斑块的新型双光子荧光探针提供新思路。

目前尚无药物可以有效治疗阿尔茨海默症（AD），但是，在AD早期阶段甚至临床前阶段进行诊断，将有利于AD的防治。开发双光子及近红外荧光探针，对Aβ斑块进行实时荧光成像，在AD患者的早期诊断以及Aβ相关的基础研究领域都具有重要的研究和应用价值。我们通过理性设计，合成了三类Aβ蛋白荧光探针：双芳叉类，二腈基异佛尔酮（双光子/近红外）以及部花菁类（近红外）。通过系统的筛选和评价，共获得三个具有两个具有良好开发前景的近红外荧光探针分子。在体外和离体组织切片染色中，这三个探针均可对转基因小鼠脑内Aβ斑块进行特异性地染色。这三个探针分子均具有良好的透过血脑屏障的能力，可对转基因AD小鼠脑内Aβ斑块进行实时成像和示踪。通过对探针在AD模型小鼠与正常小鼠的脑部表现出了不同荧光信号强度以及清除速率，进而对其进行区分。通过阐明探针与Aβ聚集体的结合模式与构效关系，为设计靶向Aβ斑块的新型荧光探针提供新思路。本项目首次将阳离子花菁染料，改造成中性部花菁Aβ探针，增加其透过血脑屏障的能力，成功实现活体转基因AD小鼠脑内Aβ斑块成像。.此外，ELISA的信号提升是ELISA技术在疾病诊断中急需解决的问题。我们基于双功能酶的信号放大体系和基于 PAMAM 和纳米金聚集体的信号放大体系，并且通过夹心法将两种信号放大体系运用于 ELISA 中，用于检测 hCG，并且取得了非常好的检测效果（灵敏度分别为 0.03和0.07 IU L-1），在检测 hCG阈值时（5IU/L）时，具有一定优势，这两种信号放大体系均是全新的体系，为以后 ELISA 的信号放大提供了新思路，并且，这两种改造过的 ELISA 在检测 hCG 时均不受干扰物质的干扰，有较好的选择性，具有临床应用的潜力。.在最后一部分工作中，我们针对硫化氢以及一氧化碳等气体信号分子，以及钯等金属离子，开发了多个高特异性和灵敏度的荧光探针分子，实现了对这些待测物的可视化检测和细胞实时荧光示踪。