激活式自噬荧光探针的设计合成及细胞成像

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在过去的十几年,荧光探针已经发展成为标记和研究生物分析物的强大工具。鉴于有机小分子的荧光探针分子结构较小并容易设计,荧光性能可调节,响应速度相对较快以及具有优异的生物相容性而变得越来越受欢迎,目前已经报道了许多用于检测与疾病相关物质的荧光探针,并且许多探针还可以检测细胞内的微环境变化。脂滴(LDs)是动态细胞器,在脂质代谢和能量稳态中有着无可替代的作用。脂肪吞噬是调节LDs分解代谢和维持细胞内脂质稳态必不可少的途径。然而,用于监测活细胞中脂肪吞噬成像的工具仍未得到充分开发。因此,我们通过将氧杂蒽与喹啉部分缀合设计并合成了一种新的可激活的近红外荧光探针(LD-OH),用于监测活细胞中脂滴的自噬。体外实验显示,LD-OH在中性pH下发绿色荧光,在酸性pH下可激活其近红外荧光。共定位实验证实探针LD-OH可以特异性靶向脂滴。探针已成功用于对LDs的动态产生和运动进行荧光成像。荧光共聚焦图像表明,LD-OH能够通过近红外荧光对脂肪吞噬进行高对比度成像。在此基础上我们进一步用LD-OH研究了不同培基条件对活细胞中脂肪吞噬的影响。结果证明,探针LD-OH是可以用于脂肪吞噬成像的可激活的近红外荧光探针,这为研究活细胞和动物模型中LDs的代谢动力学提供了一个有力的工具。线粒体作为细胞的动力来源,在细胞代谢中有着至关重要的作用。线粒体吞噬是将受损的线粒体通过自身溶酶体去除,以此来维持细胞有效的新陈代谢。线粒体自噬过程异常与许多疾病有关。因此,检测线粒体吞噬过程可以洞察线粒体在病理和生理条件下的主要功能。我们成功合成了三种新型的有机小分子荧光探针,用于对活细胞中线粒自噬进行成像。通过体外数据筛选,我们选用了吸收波长最长并且具有溶剂化效应的Mito-3作为线粒体探针用于下一步研究。经实验证实探针Mito-3对pH敏感并且具有良好的特异性、生物相容性、光稳定性和对pH的实时和可循环响应。共定位实验证实,来自探针的荧光与来自线粒体染料Mito Tracker Green的荧光高度重叠,表明探针Mito-3靶向线粒体。荧光共聚焦图像证实Mito-3能够响应线粒体内pH的变化并用于线粒体自噬成像。我们的探针可对活细胞中的线粒体自噬进行成像,为研究活细胞和动物模型中线粒体的生理功能提供了一个有潜力的工具。
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