摘要
光学分子成像技术具有特异选择性、灵敏性高、对机体损伤小、操作简便、生物相容性好等优点，并且能够实现对活细胞和活体中特定物质的实时追踪监测和成像，目前已广泛应用于生物目标靶向检测、分子分布的标记、疾病的诊断和辅助治疗、生理过程的监测等生物医学领域。利用荧光探针的分子反应差异性，以及分子识别、疾病检测和治疗中底物与受体的相互作用，对特定生物标志物或者关键分子进行特异识别和标记结合，是荧光成像技术的关键。金属离子、活性氧、活性氮、活性硫及一些重要生物小分子是重要的介导因素，当细胞的生理代谢过程发生改变时，细胞内的这些关键被分析物的浓度水平和分布状况也会变化，进而影响到细胞生理过程中相关蛋白和酶的表达，导致机体炎症、组织过氧化、DNA损伤甚至癌变的发生。因此，开发合适的小分子荧光探针，对细胞内活性分子浓度和分布进行精确检测，或者对蛋白酶、肿瘤等进行标记与识别，是具有主要意义的。目前，已经有不少文献报道了用于检测生理体系中重要被分析物各种长波长的荧光探针。基于此，我们进一步开发了新型的长波长荧光探针，并考察了新型荧光探针的分析检测性能和在生物成像方面的应用价值。以下两方面是本论文的主要研究工作： 1.硒代半胱氨酸(Sec，pKa5.8)是硒蛋白活性位点的基因编码的第21个氨基酸，具有与各种疾病，组织或器官以及亚细胞器有关的广泛功能。然而，许多硒蛋白涉及的细胞功能仍不清楚。由于在生物体内有与Sec相似的化学特性生物硫醇存在，如谷胱甘肽(GSH，pKa8.3)，且其在生物体内通常以高浓度水平存在。因此，开发用于特异性检测Sec的新型探针是一项非常重要的任务。在本文中，我们通过控制弱酸性的微环境来实现探针的高选择性。在溶酶体pH5.0时，主要干扰物生物硫醇是惰性的，而硒代半胱氨酸仍保持高活性。正因为如此，在体内多种生物硫醇及其类似物的存在下，该探针对硒代半胱氨酸检测具有很高的选择性，且荧光响应达到85倍的增强，覆盖了从1.0×10-6M到2.0×10-4M的线性范围，检测限为0.38μM。此外，该探针已成功应用于溶酶体中外源和内源性Sec的成像，验证了其Sec在亚细胞器中的生物学研究潜力。 2.我们基于近红外染料半吲哚花菁CyOH构建了2种探针，以考察两种不同的羟基锁定模式探针在对于外源性苯硫酚的分析检测性能差异。我们以2,4-二硝基苯基作为苯硫酚或者硫醇的识别基团，与CyOH通过直接连接方式获得第一种模式探针CyNO2；而在第二种模式探针的合成上，我们先准备了一个2,4-二硝基苯基修饰的苄溴连接体，然后将它修饰到化合物CyOH上以获得探针CyBNO2。这两种羟基锁定模式均能够高效地淬灭半花菁荧光团的荧光。探针CyBNO2对生理体系中重要干扰物如GSH、Cys和Hcy有良好的惰性。此外，该探针相比于CyNO2有着更宽的线性检测范围和更低的检测限。考虑到第一种直接连接模式所获得的探针已被报道过，在本章中，我们选择CyBNO2做后续的生物成像研究，并获得了满意的结果。
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