含磷小分子荧光探针的研究进展

阐明生物内各种相关活性物质及其实时变化、生理分布与生物功能是探索自身与生命奥秘的重要组成部分。化学荧光探针是该领域研究的重要工具之一。含磷荧光探针因具有较强的还原性、良好的水溶性与生物相容性,可利用其特异性化学反应或者物理作用检测细胞内各种特定的分析底物。近几年基于不同含磷官能团荧光探针的研究取得了较大进展,本文对相关研究进行了梳理,对含磷官能团类的荧光探针进行归纳总结:主要包括2-(二苯基磷)苯甲酸酯类、磷酸酯类、二苯基磷酰类和三苯基磷阳离子等类型荧光探针,为进一步探索构建新的含磷基团荧光探针提供借鉴与参考。     

内质网荧光探针研究进展

内质网作为亚细胞器在哺乳细胞生命活动中发挥重要作用.将内质网可视化,进一步检测其活性物质、微环境及生理过程,对于疾病的诊治具有重要的指导价值.近年来,内质网靶向荧光探针的设计与合成受到了越来越多的关注.当前已报道的内质网靶向荧光探针涵盖了单纯内质网成像、金属离子、小分子物质、大分子物质、微环境等.总结并介绍了近期报道的内质网靶向荧光探针的设计与合成工作,分析了内质网荧光探针在研究细胞生理过程中的应用,并展望了内质网靶向荧光探针的发展趋势.     

可固定性荧光探针:线粒体成像的可靠工具

线粒体是一种具有双层膜结构的细胞器,参与细胞新陈代谢过程的能量循环以及离子平衡过程,在细胞生理过程中具有极其重要的意义。一些小分子荧光染料/探针结构中带有正电荷,因受到线粒体内膜负电势的牵引而标记在线粒体上,为研究线粒体的形态或功能提供了重要的可视化成像工具。然而,大多数线粒体染料/探针对线粒体的靶向标记稳定性仍不够理想,因为线粒体电势处于不断的动态变化中,当电势降低时,对染料的亲和力相应降低。尤其在病理条件下(比如细胞凋亡)细胞代谢受到阻滞时,线粒体膜电势显著降低,阳离子染料将扩散离开线粒体,造成非特异性荧光。最近,Kim团队和本人课题组提出可固定线粒体探针的新概念,用活性基团将荧光分子探针通过共价键固定在线粒体中,开发了稳定靶向线粒体中的定量探测微环境p H值、粘度、膜电势荧光探针。我们认为,对于追踪和探测具有高度动态变化特性的线粒体而言,开发可固定的线粒体荧光分子探针是必然趋势,因此本文进行评述和展望。     

金纳米笼探针用于线粒体成像和光热损伤细胞

线粒体是许多细胞行为的关键调节细胞器,线粒体膜电位降低被认为是细胞凋亡所发生的最早事件之一,因此线粒体成像及其膜电位的检测分析,对疾病的检测与治疗有重要的科学意义.采用金纳米笼(Aunanocages,Au NCs)介导的光热损伤与温度敏感的药物释放相结合,开发了一种线粒体靶向的荧光纳米探针AuNCs/PLEL/JC/KLA.引入一种线粒体靶向肽(KLAKLAKKLAKLAK,KLA),作为纳米探针的“指向标”,指引着探针特异地靶向到细胞线粒体部位,随后在近红外光的照射下, AuNCs吸收光能转化为热量,实现光热介导的细胞损伤.同时,高温促使外层温敏水凝胶发生凝胶-溶胶转变,实现荧光染料(JC-10)的释放.所释放的JC-10荧光染料可根据线粒体的活力表现出两种荧光信号,用于监测线粒体膜电位的变化.总之,该荧光纳米探针不仅实现了线粒体靶向的荧光成像与损伤细胞,同时还可以监测线粒体膜电位的变化.     

线粒体荧光探针研究新进展

近年来,许多基于有机小分子既能定位于线粒体又能够检测线粒体内各类活性小分子的双功能线粒体荧光探针被相继报道,成功地实现了线粒体内多种活性物种的检测和可视化成像,这些物种包括活性氧、还原性物种、金属离子、质子、阴离子等.为进一步对线粒体内特定活性小分子进行组织及活体内无创检测与成像,性能优良的双光子及近红外探针的设计合成备受瞩目.围绕近年来出现的线粒体荧光探针依据检测对象进行总结与评述,展望了线粒体荧光探针在癌症等病症的前期诊断和后期治疗方面的发展趋势.     

基于粘度响应的线粒体靶向铱(Ⅲ)配合物用于肿瘤的光动力治疗

合成了2种含有转动基团的铱配合物Ir1和Ir2.研究发现Ir1和Ir2对粘度具有灵敏的荧光响应,在高粘度环境下,其荧光强度分别提高了35.7倍和1 311.6倍.细胞摄取和共定位实验表明该探针能够轻易地穿过细胞膜并靶向聚集于线粒体中,对线粒体内粘度进行荧光成像检测.另外,通过EPR电子顺磁共振仪检测到Ir1和Ir2在光...     

基于Nile Red的线粒体靶向性增强型硫化氢荧光探针及其细胞成像

硫化氢作为一类重要的信号分子, 除了在神经系统、炎症应激和心血管等生理系统方面发挥着调控作用之外, 还对线粒体ATP酶的活性和抗氧化应激起着重要的调节作用. 为了实时定量的检测线粒体中的硫化氢, 本文报道了一个可以定位于线粒体并检测外源硫化氢的荧光增强型荧光探针NRS. 探针NRS以尼尔红为母体通过引入吸电子的2,4-二硝基苯结构单元构建了基于光诱导电子转移(PET)机理的荧光探针. 探针NRS表现出快速的硫化氢响应性和较高的硫化氢选择性, 不受其他活性氧、活性氮、阴离子以及金属离子等物种的干扰. 随着硫化钠的加入, 探针NRS的最大吸收峰由565 nm蓝移至550 nm, 溶液由紫色变为红色; 同时在640 nm处的荧光光谱强度不断增强, 当硫化钠的浓度处于32～176 μmol·L^-1范围内, 荧光强度与硫化钠的浓度呈现出较好的线性关系. 细胞染色实验表明, 探针NRS能够进入到细胞内部, 具有细胞膜的透过性; 与Rh123进行共定位成像进一步证明探针NRS能够定位于细胞的线粒体中并检测硫化氢.     

溶酶体荧光探针研究新进展

溶酶体在细胞各种生命活动,如物质代谢、细胞膜循环、细胞凋亡中发挥着重要作用.将溶酶体可视化,并对其活性物种、特定微环境及关键生理过程进行检测,不仅有助于理解溶酶体参与生命活动的分子机制,而且对疾病的治疗具有重要的指导意义.近年来,许多靶向溶酶体的荧光探针被相继报道,其检测对象包括还原性物种、活性氧、活性氮、氢离子、金属离子、阴离子以及生物酶等,还包括对温度、粘度、极性、p H等微环境的检测.溶酶体的荧光探针的定位机制分为三类:利用溶酶体的酸性生理环境、利用溶酶体的物质代谢功能以及利用溶酶体特殊的膜蛋白或水解酶.对近年来出现的主要溶酶体荧光探针进行了总结与评述,展望了溶酶体荧光探针应用于探究重要细胞生理过程的分子机制,以及相关疾病诊断方面的发展趋势.     

用于检测生物体系中线粒体活性氧的荧光探针（英文）

线粒体不仅是细胞的能量单元,还是重要的活性氧产生场所。线粒体内的活性氧与正常的生理功能和人类疾病具有紧密的联系,包括细胞信号传导,损伤核酸蛋白质以及诱导氧化应激。然而,线粒体活性氧和细胞病态之间的复杂联系还研究得不够透彻。有效检测线粒体内活性氧的手段有助于研究线粒体内活性氧在各种人类疾病中所起的作用。近年来,发展了许多具有高灵敏度和选择性的荧光探针用于检测线粒体内活性氧。基于这一点,我们综述了用于选择性检测线粒体内活性氧的小分子荧光探针的研究进展,并详细讨论了荧光探针的设计、合成、特点及其应用。     

有机线粒体及线粒体巯基荧光探针研究进展

线粒体是一种重要的细胞器,对细胞的存亡起着至关重要的作用,与细胞凋亡和分化、机体衰老、老年痴呆、癌症等密切相关。同时线粒体内许多活性小分子对生命过程也起着至关重要的影响,其中线粒体内巯基分子,如半胱氨酸、高半胱氨酸和还原谷胱甘肽等,在细胞生理和病理过程中发挥着重要作用。因此,可视化监测线粒体自身及内部巯基分子对于生命现象的研究以及疾病的诊断与治疗具有重要的科学意义。荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、检测成本低以及对生物体损伤小等优点而得到了广泛的研究和应用。双光子荧光探针技术具有高度的三维空间选择性、大的穿透深度、避免荧光漂白和光致毒以及降低组织自发荧光干扰等特点,为生命科学的研究提供了重要工具。介绍了有机单光子和双光子线粒体以及线粒体巯基荧光探针的研究现状,同时展望了它们今后的研究方向。     

基于聚集诱导发光荧光探针的细胞成像研究进展

荧光探针是化学传感技术领域在20世纪末的一项重大发现,具有合成简单、灵敏度高、选择性好、响应时间短、可视化高等优点。 将具有聚集诱导发光现象(AIE)特征的荧光基团与具有生物相容性的高分子结合起来,使得荧光材料具有毒性低、光稳定性好、生物相容性好等特点。 在分子、离子检测和细胞成像技术中得到广泛的研究和应用。 本文综述了细胞质成像、细胞膜成像、线粒体成像、溶酶体成像、脂滴成像、细胞核成像、细胞核和线粒体双靶向性成像的荧光探针,并对其应用前景做了展望。     

高灵敏线粒体靶向近红外二氧化硫荧光探针的开发及细胞、小鼠成像研究

二氧化硫(SO₂)及其衍生物(亚硫酸盐、亚硫酸氢盐等)作为活性硫物种的重要组成部分,与生命体的生理过程有着密切的关系.此外,摄入过量的SO₂会对呼吸系统造成不可修复的损伤,例如呼吸系统损伤、心脑血管和神经疾病等.近红外发射荧光探针具有较强的组织穿透能力,可以有效地检测活体内的生物分子.因此,设计了一种基于迈克尔加成(Michael Addition)机理的线粒体靶向近红外SO₂荧光探针XA-SO₂.溶液光谱实验表明,该探针XA-SO₂对SO₂有着显著的选择性和灵敏度,并且具有快速检测SO₂的能力.值得注意的是,该荧光探针XA-SO₂具有较好的细胞膜渗透能力,成功检测到了细胞外/内源性SO₂.更重要的是,该探针XA-SO₂能够有效地在细胞的线粒体上富集,有望实现细胞线粒体内SO₂的动态检测.     

有机双光子线粒体内活性小分子荧光探针研究进展

线粒体在细胞的能量代谢中发挥着关键作用,其内部环境的微小变化会影响细胞的正常生命活动。同时线粒体内许多活性小分子在细胞的许多生理过程中也起着关键作用。因此,可视化监测线粒体自身及内部微环境的变化对于生命现象的研究和疾病的诊断与治疗具有非常重要的意义。荧光分析法因具有操作简便、灵敏度高、选择性好、实时检测以及损伤小等优点而得到了广泛的研究和应用。双光子荧光探针技术相对于单光子荧光技术具有长波吸收短波发射、高度的三维空间选择性、大的穿透深度、避免荧光漂白和光致毒以及降低组织自发荧光干扰等特点,在生命科学领域具有广阔的应用前景。该文介绍了有机双光子吸收基本原理以及有机双光子线粒体内活性小分子荧光探针的研究现状,同时对有机线粒体内活性小分子荧光探针今后的发展趋势进行了展望。     

有机分子荧光探针成像检测线粒体内ROS的研究进展

线粒体是细胞的"能量工厂",它利用氧气进行氧化磷酸化产生三磷酸腺苷(ATP),为细胞及生命体提供能量.同时,伴随着呼吸链中电子的泄漏,多种活性氧物种(ROS)在线粒体内快速产生.线粒体ROS在维持氧化还原平衡、参与调控细胞的增殖、分化、凋亡等行为方面发挥重要作用.当ROS水平超过机体抗氧化防御能力时,会导致疾病的发生.因此,发展准确检测线粒体ROS的方法,对深入探究ROS的细胞功能调控及相关疾病的发生发展意义重大.由于ROS存在浓度低、寿命短、反应活性高等特点,对其进行精准检测是化学、生物学及医学领域的一大挑战.荧光成像技术具有时空分辨率高、生物相容性好、灵敏度高等显著优势,成为实时检测细胞及活体内ROS的有力工具.近年来,相继发展了诸多荧光探针,实现了线粒体ROS的成像分析.本文着重总结与评述了近年来发展靶向线粒体、荧光可视化多种ROS有机分子探针工作的研究进展,并在构建新型线粒体荧光探针、进一步利用荧光成像方法深入剖析线粒体ROS的细胞学功能等方面进行了探讨与展望.     

内质网靶向型有机小分子荧光探针的研究进展

内质网是真核细胞中重要的细胞器,参与多种蛋白质、糖原、脂类及胆固醇类物质的合成和分泌.内质网由细胞质中单层膜包围而成,具有由扁平膜囊、膜管以及膜泡相连形成的三维网状结构.对内质网生理形态的研究有助于攻克某些代谢疾病.荧光探针技术在细胞器定位方面由于其光学性质良好,特异性定位效果突出,广泛地用于细胞器的结构探究和活动追踪.内质网荧光探针可分为两类:一类是单功能的内质网定位探针;另一类是多功能内质网探针,具有定位和检测内质网中活性物种、内质网形态和环境的多重功能.总结与评述了近年来重要的内质网探针的结构、功能和生物应用,阐述了内质网荧光探针多样的定位机理,展望了内质网荧光探针在生命科学研究领域的发展趋势.     

双光子荧光探针在生物传感中的应用

荧光探针由于其灵敏度高、选择性好等优势已经成为研究复杂生物系统的有力工具。和单光子荧光探针相比,双光子荧光探针由于其激发光源较大的穿透深度、低的组织自发荧光干扰以及较好的空间选择性在生物传感中发挥着不可替代的重要作用。在本篇综述中,我们从双光子荧光探针的设计原理出发,系统全面地介绍了双光子荧光探针在金属离子、细胞微环境、活性物质(包含活性氧、活性氮、活性硫)、酶和亚细胞器(线粒体、溶酶体)等检测中的应用研究。在此之后,展望了有机双光子荧光探针在开发和应用方面尚待科学界解决的关键机遇和挑战。     

溶酶体靶向的生物硫醇荧光探针的合成及应用研究

生物硫醇是一类非常重要的活性物质,在细胞的生长或凋亡过程中发挥着重要的作用.本文以香豆素为荧光团,吗啉为溶酶体靶向基团,成功设计并合成了生物硫醇的荧光识别探针Lyso-thiol.该探针可在磷酸盐缓冲溶液(PBS)体系中(pH 7.40)特异性地对生物硫醇产生"off-on"的荧光信号变化,具有高选择性与灵敏度,并可在较大浓度范围内对生物硫醇进行线性检测.在生物硫醇的饱和浓度下,探针最高可实现745倍的荧光强度增强.该探针还具有良好的生物相容性、溶酶体靶向能力及细胞成像能力.     

一种溶酶体靶向双光子亚硝酰氢荧光探针的合成及细胞成像研究

亚硝酰氢(HNO)是一氧化氮单电子还原并质子化的产物,具有重要的生物学意义.以4-(2-氨基乙基)-吗啉作为溶酶体靶向基团,1,8-萘二甲酰亚胺作为双光子荧光团,三苯基膦作为HNO识别基团,构建了一个能够特异性定位于溶酶体的打开型双光子荧光探针Lyso-HNO.研究结果表明,该探针响应迅速,对HNO表现出良好的选择性,较高的灵敏性,检测极限可达202 nmol·L-1.该探针可对HeLa细胞溶酶体外源HNO进行双光子荧光成像研究.     

肝靶向荧光探针用于HepG2细胞中ONOO-的特异性检测

过氧亚硝酸根(ONOO^-)作为重要的生物活性分子,在细胞信号转导和稳态调节等过程中发挥着重要的作用。实现生物体ONOO^-的精准靶向检测,对于深入探索其生理病理机制至关重要。本文以1,8-萘二甲酰亚胺作为荧光发色团、熊去氧胆酸作为肝靶向单元,制备荧光探针N-丙基-4-(4-3α,7β-二羟基-5β-胆甾烷-24-酰肼基)-1,8-萘二甲酰胺(NA),用于人肝癌细胞(HepG2)中ONOO^-的特异性检测。该探针与ONOO^-响应后,其绿色荧光显著增强,且荧光强度与ONOO^-浓度在0～14.0μmol/L范围内呈现较好的线性关系,检测限为0.27μmol/L。该探针具有选择性强、受pH环境影响小和生物相容性好等优点。细胞荧光成像结果表明,该探针对肝癌细胞HepG2具有较好的靶向性,可以对HepG2细胞中外源性和内源性ONOO^-浓度进行特异性检测。     

肿瘤缺氧荧光探针的研究进展

缺氧是临床多种疾病共有的病理过程,研究缺氧的发生和发展规律,对恶性肿瘤及相关疾病的诊断具有重要的科学意义和应用价值.缺氧特异性荧光探针是指能对缺氧敏感物质进行选择性荧光检测进而评价相关体系缺氧状况的一类分析试剂,由于其检测的高灵敏性和高时空分辨能力,已成为研究热点之一.本文基于荧光探针检测肿瘤缺氧的不同反应机理,着重讨论了缺氧荧光探针的设计方法、检测机理及其生物应用,并对该类探针的发展趋势和应用前景进行了展望.