基于BODIPY基团的小分子探针的构建及其在检测氧化还原化合物方面的应用

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氧化还原平衡对生命体正常的生理过程具有重要的意义,氧化还原分子含量的异常与许多疾病密切相关。因此,发展用于实时原位检测细胞和活体内氧化还原分子的技术具有十分迫切的需求。与传统的检测方法相比,有机分子探针兼具高时空分辨及高灵敏性等优点,可以实现对细胞及活体内物质的无损、实时成像检测,在生物医学领域得到了广泛的应用。然而,现有探针的成像深度以及选择性仍有提高的空间,发展具有更强组织穿透深度的分子探针存在着巨大的挑战。为此,本文以BODIPY染料为母体,通过对其2号位引入吸电子基团,设计合成了小分子光声探针AZB-1,AZB-2及小分子荧光探针B-1,B-2,分别对ONOO-,HSO3-以及S2-进行选择性识别,并成功在活体及活细胞内实现了对这三种氧化还原小分子化合物的光声和荧光成像。具体工作如下:(1)光声探针AZB-1的合成及其对活体内ONOO-检测与成像针对现有的荧光探针在检测ONOO-时存在易受其他氧化物质干扰以及难以深入组织内部的不足,我们设计合成了两种基于Aza-BODIPY基团的光声探针AZB-1,AZB-2。实验证明,通过在Aza-BODIPY发色团的2号位引入共轭的α,β不饱和强吸电子基团,可以有效阻断该类化合物的辐射跃迁途径并提高分子激发态的非辐射跃迁,探针以发热的形式释放激发态能量,产生较强的光声信号。探针AZB-1的最大吸收波长在660 nm处,对ONOO-具有良好的灵敏度,光声信号可以通过与ONOO-的反应而淬灭,可作为“开-关”式光声探针。利用该探针成功实现了在类风湿关节炎模型的小鼠体内ONOO-的检测与成像分析。(2)荧光探针B-1,B-2的合成以及对HSO3-和S2-进行检测与成像比率型荧光探针能够有效减少检测环境等方面产生的实验误差。我们通过在BODIPY发色团2号位引入3-乙基苯并噻唑以及1-乙基-3,3-二甲基吲哚鎓基团,分别设计合成了两种“比率型”荧光探针B-1,B-2。实验发现B-1探针对于HSO3-具有良好的选择性与灵敏度,其对HSO3-具有比率型的响应。当与HSO3-反应后,探针在586 nm处的荧光值下降,在520 nm处的荧光值上升,两个波长的荧光比值与加入的HSO3-浓度之间存在良好的线性关系。B-2探针对于S2-具有良好的选择性和灵敏度,当与S2-反应后,其在592 nm处荧光值下降,在520 nm处荧光值上升。此外,利用B-1和B-2探针在MCF-7细胞内分别实现了对HSO3-和S2-的检测与荧光成像,证明了这两种荧光探针能够为检测细胞内还原小分子化合物提供一个有效的平台。
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