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南开大学团队在近红外光学探针与活体成像分析取得进展2022/05/16


南开大学药学院、药物化学生物学国家重点实验室赵炜老师课题组在国际学术期刊《Sensors and Actuators: B. Chemical》发表题为An isothiocyanate-functionalized self-immolative near-infrared fluorescence probe for cysteine sensing and bioimaging in living systems的研究论文。研究设计合成了一种新型异硫氰酸酯功能化的自降解近红外荧光探针,成功用于生命系统中半胱氨酸的传感和成像。

生物硫醇,例如硫化氢、半胱氨酸和谷胱甘肽等,在人体生理和病理过程中发挥着至关重要的作用。生命系统中生物硫醇的代谢和运输与一系列重要的酶和蛋白质有关,它们的内源性浓度表明了相应酶和蛋白质的功能状态。半胱氨酸作为谷胱甘肽、乙酰辅酶-A 和牛磺酸的前体,参与蛋白质合成、维持蛋白质功能状态、平衡氧化还原等许多生理过程,是肝损伤、阿尔茨海默病和心血管病等多种疾病的生物标志物。因此,在生命体内有效且准确地监测半胱氨酸浓度水平和代谢分布在疾病诊断方面和化学生物学研究领域具有非常重要的意义。然而,同型半胱氨酸、谷胱甘肽及其他生物硫醇与半胱氨酸有着相似的结构和反应特性,在生命体内会导致探针产生严重的假阳性信号,这是构建半胱氨酸特异性探针关键难点。


赵炜团队首次设计了一种功能性异硫氰酸苯酯自降解引发剂,将其与经典半花菁染料结合得到一种新型近红外荧光探针CyOH-NCS。由于异硫氰酸苯酯片段对半花菁的羟基保护作用,探针分子处于荧光淬灭状态,在与半胱氨酸发生加成环化消除后,N-二氢噻唑羧酸中间体化合物和伯胺中间体化合物再经历相同的自降解过程,同时释放近红外荧光染料和硫化氢分子。得益于这种高效的自降解策略,CyOH-NCS在体外检测半胱氨酸时表现出了良好的分析性能,并且能够成功地可视化传感活细胞、斑马鱼和小鼠体内的半胱氨酸。此外,硫化氢释放实验还显示CyOH-NCS探针是一种有效的硫化氢供体,表明其作为分子探针和硫化氢供体在病理生理学研究中具有潜在双重应用价值。

南开大学为该研究论文第一完成单位,南开大学博士生张铭璐为第一作者,南开大学赵炜教授、孟萌副教授及金洪真博士为共同通讯作者。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目的资助。




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