Adv. Mater. 济南大学-利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像


【引言】

活性氧簇(ROS)是一类对生物分子具有很高反应性的含氧分子,ROS在很多生理和病理学进程中扮演着重要角色。过氧化氢(H2O2)是主要的一种ROS,它是细胞生长、繁殖和分化的重要信使。但是过量的H2O2通常预示着疾病,如癌症、神经衰退和心血管疾病等。因此发展能检测体内的H2O2的方法至关重要。

荧光探针是生物分子检测常用的手段,但是目前的荧光探针大多是基于强度型的(荧光强度变强或变弱)。为了解决这一问题,已经研究出了几种针对H2O2的比率荧光探针,但是还存在几个缺点:第一,特异性不强,除了跟H2O2反应外还能跟NO反应;第二,这些探针经常是单光子激发或者发射的荧光在可见光范围内,组织穿透能力有限;第三,发射位移小,使得探针和反应产物的荧光相互重叠。

【成果简介】

济南大学荧光探针与生物医学成像研究所的林伟英教授(通讯作者)的团队设计了一种比率荧光探针来对H2O2进行同时的近红外和双光子成像(下文用BC代表文中设计的探针)。BC含有特殊的H2O2反应位点,能与H2O2反应(其它生物分子则几乎不反应),反应后BC 472nm处的荧光强度增加,而693nm处的荧光强度则减弱,这两种荧光的比例与H2O2的浓度呈线性关系。同时BC与H2O2反应后可以释放一种双光子荧光染料,染料可以吸收760nm的近红外光而发出绿光,从而对H2O2进行成像。BC对H2O2具有很高的选择性,可以拓展用来对其它ROS进行成像。

【图文导读】

图1 荧光BC与H2O2反应导致的吸收和发射光的变化

图片2

(A)浓度为 5 × 10−6 m 的BC在不同H2O2浓度(0-180当量)时的吸收光谱,插图:自然光下H2O2含量分别为0和120当量的溶液的照片。

(B)PBS溶液中,浓度为 5 × 10−6 m 的BC在不同H2O2浓度时的荧光光谱(激发光波长为410nm),插图: 472 和693 nm处荧光强度与H2O2浓度的关系;

(C)472nm和693nm光强比率与H2O2浓度的线性关系,插图:365 nm紫外光照射下H2O2含量分别为0和120当量的溶液的照片;

(D)用不同种类分子处理BC时472nm和693nm的光强比率,激发光波长为410nm。

图2 用BC检测RAW 264.7巨吞噬细胞产生的H2O2

图片3

(A)巨吞噬细胞的图片(a1-a4)和用5 × 10−6 m BC处理的细胞的图片(b1-b4)以及用5 × 10−6 m BC + 3μg mL−1 PMA处理的细胞的图片(c1-c4,PMA能刺激产生H2O2),绿色(a1-c1)和红色(a2-c2)荧光通道为单光子成像(OP)模式,a3-c3是明场细胞图片与绿色和红色通道合并的图片,a4-c3是双光子成像(TP)模式。OP成像:绿色,λex = 488 nm, λem = 500–550 nm;红色,λex = 647 nm, λem = 663–738 nm;TP模式, λex = 760 nm, λem = 500–550 nm(λex为激发光波长,λem为发射荧光波长)。

(B)图A中相对荧光强度的量化; (C)从图B中得到的绿光和红光强度的比率。

图3 用斑马鱼幼虫检验BC的成像能力

图片4

(A)斑马鱼(a1-a4)和用 10 × 10−6 m BC(b1-b4)与10 × 10−6 m BC + 200 × 10−6 m H2O2处理斑马鱼的图片;绿色(a1-c1)和红色(a2-c2)荧光通道为单光子成像(OP)模式,a3-c3是明场细胞图片与绿色和红色通道合并的图片,a4-c3是双光子成像(TP)模式。OP成像:绿色,λex = 488 nm, λem = 500–550 nm;红色,λex = 647 nm, λem = 663–738 nm;TP模式, λex = 760 nm, λem = 500–550 nm(λex为激发光波长,λem为发射荧光波长)。

(B)图A中相对荧光强度的量化; (C)从图B中得到的绿光和红光强度的比率。

注解图示1: 比率荧光BC的设计路线图

图片1

注解图示2: 不同荧光探针的对比

图片5

(A)目前最通用的两种H2O2探针;(B)本文设计的探针

文献链接:Simultaneous Near-Infrared and Two-Photon In Vivo Imaging of H2O2 Using a Ratiometric Fluorescent Probe based on the Unique Oxidative Rearrangement of Oxonium(Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939)

本文由材料人生物材料小组CZM供稿,欧洲足球赛事 编辑整理。

参与生物材料话题讨论或了解生物材料小组招募详情,请加入材料人生物材料交流群(124806506)。

欧洲足球赛事 网专注于跟踪材料领域滚球体育 及行业进展,这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者,如果您对于跟踪材料领域滚球体育 进展,解读高水平文章或是评述行业有兴趣,点我加入编辑部

材料人网尊重所有进行知识传播的媒体,转载请联系tougao@cailiaoren.com

分享到