氰基修饰的SERS探针用于细胞表面唾液酸的定量检测和成像

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唾液酸(sialic acid,SA)是一种特殊的单糖,位于细胞表面糖链的末端,其在细胞表面的过度表达与多种肿瘤的恶化或转移密切相关。因此,准确监测细胞表面唾液酸的表达水平对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义。常用于检测唾液酸的方法主要有电化学法、质谱法、荧光法和表面增强拉曼散射法等,其中表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)是一种检测化学结构指纹振动信息的光谱技术,由于其高灵敏性、非破坏性、非侵入性的特点,逐渐成为糖类研究的新型工具。细胞是生物体的结构和功能的基本单位,由糖类、蛋白质、核酸等若干种生物分子组成,这些生物分子拥有复杂的指纹信息。当SERS纳米探针结合在细胞表面时,靠近SERS基底表面的生物分子在200-1800 cm-1区域内会产生强烈的拉曼响应,常用的报告分子也在指纹区域内产生拉曼信号,二者拉曼信号的重叠往往会对细胞中生物分子的定量或成像结果产生严重影响。在1800-2800 cm-1的拉曼静默区,炔、叠氮、氰基、氘和金属-羰基等基团具有一个尖锐且强烈的拉曼散射峰,可以避免细胞内源性物质的背景干扰。因此,实验中选取在拉曼静默区域产生SERS信号的物质作为拉曼报告分子,可以实现细胞内无背景干扰的定量分析和成像。本工作选取银纳米粒子作为SERS基底,在其表面同时修饰了 4-巯基苯硼酸和4-巯基苯腈分子,利用此SERS纳米探针来检测细胞表面上唾液酸的表达水平。选择4-巯基苯腈作为拉曼报告分子,其C≡N基团在2232 cm-1处表现出明显的拉曼散射谱峰,不与生物分子产生的拉曼信号发生重叠。硼酸基团在生理条件下对唾液酸分子具有较高的选择性,当4-巯基苯硼酸与唾液酸分子结合时,SERS纳米探针被拉近细胞表面。C≡N拉曼信号的强度与细胞个数以及细胞表面唾液酸的量密切相关,根据在细胞表面上采集到C≡N的SERS信号,就可以得到细胞表面唾液酸的表达水平。结果表明,该探针2232 cm-1处的拉曼信号可以完全避开拉曼指纹区内蛋白质、核酸等内源性物质的背景干扰。探针具有较高的灵敏度和良好的生物相容性,检出限为0.079 pmol·L-1。对HeLa细胞表面唾液酸进行测定,单个HeLa细胞表面的唾液酸分子约为4.6 × 107个。此外,该SERS探针可用于细胞表面唾液酸的拉曼成像,还可用于动态监测细胞表面唾液酸在药物作用下表达水平的变化。本研究为揭示肿瘤与细胞表面糖基化的关系,进一步了解糖基化改变在恶性肿瘤形成与迁移中的作用提供了一种监测方法。
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