記者2月22日從長(zhǎng)沙理工大學(xué)獲悉,該校化學(xué)化工學(xué)院“細(xì)胞化學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院合作,在刺激響應(yīng)性熒光納米探針的構(gòu)建及生物傳感應(yīng)用方面取得了重要進(jìn)展。
上述研究成果于2月1日在線發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie),并入選期刊VIP論文,被期刊官媒作新聞報(bào)道。論文第一通訊單位為長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,第一作者為長(zhǎng)沙理工大學(xué)細(xì)胞化學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周怡波博士,通訊作者為長(zhǎng)沙理工大學(xué)卿志和教授、湖南師范大學(xué)楊盛教授和楊榮華教授。
受精及胚胎發(fā)育是生命活動(dòng)的起始,在此過程中,由受精卵分化出胚胎干細(xì)胞,并逐漸發(fā)育成高度有序的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而形成器官。多硫化氫作為活性硫分子大家族中的一員,具有抗氧化、細(xì)胞保護(hù)及氧化還原信號(hào)傳導(dǎo)等功能。受精卵及胚胎發(fā)育過程中多硫化氫濃度的高低及波動(dòng)情況,將直接影響到組織結(jié)構(gòu)和器官的形成。但胚胎發(fā)育過程中,因氧化磷酸化的能量轉(zhuǎn)化會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧分子,導(dǎo)致多硫化氫含量比正常細(xì)胞中的含量低且波動(dòng)較大。因此,受精及胚胎發(fā)育中化學(xué)活性物質(zhì)多硫化氫的靈敏監(jiān)測(cè)仍具挑戰(zhàn)。

研究人員基于在熒光探針及激活式載體方面的研究基礎(chǔ),首先設(shè)計(jì)和合成了多硫化氫刺激響應(yīng)的聚合物膠束載體,通過信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)和信號(hào)單元標(biāo)記,構(gòu)建了多硫化氫刺激響應(yīng)的熒光納米信標(biāo)。納米信標(biāo)進(jìn)入胚胎細(xì)胞后,其被內(nèi)源性多硫化氫激活,釋放熒光染料,染料與猝滅劑脫離后熒光信號(hào)恢復(fù),實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大,且染料可與胞漿蛋白結(jié)合,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)大幅度增強(qiáng),從而達(dá)到二次信號(hào)放大。聚合物納米信標(biāo)通過兩次信號(hào)放大模式展現(xiàn)出極高的靈敏度,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)胚胎發(fā)育過程中的多硫化氫進(jìn)行熒光成像。
研究人員以斑馬魚胚胎發(fā)育為模型,發(fā)現(xiàn)受精卵內(nèi)多硫化氫濃度較低,隨著發(fā)育的進(jìn)行,胚胎中熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),表明多硫化氫濃度升高。但原腸胚期(6 h)后,熒光強(qiáng)度開始降低,其中體節(jié)期熒光強(qiáng)度降低至50%,并逐漸達(dá)到平穩(wěn),多硫化氫在胚胎發(fā)育初期達(dá)到峰值,而后隨著發(fā)育過程逐漸降低。研究人員進(jìn)一步與已有報(bào)道斑馬魚原腸胚期多硫化氫濃度最大但成熟體組織中濃度較低的結(jié)論相對(duì)比,證明了多硫化氫在抗氧化、保護(hù)正常生理發(fā)育等過程中發(fā)揮重要作用。

斑馬魚胚胎發(fā)育階段H2Sn熒光成像圖(左)及熒光強(qiáng)度對(duì)比圖(右)。受訪者 供圖
據(jù)介紹,該論文作者不僅首次通過原位熒光信號(hào)揭示了內(nèi)源性多硫化氫在胚胎發(fā)育階段的濃度變化情況,為多重生理發(fā)育過程中多硫化氫的研究開辟了新的路徑,還為探針遞送提供了新的刺激響應(yīng)性工具,將促進(jìn)納米探針或醫(yī)藥制劑的靶向遞送,促進(jìn)熒光納米探針在分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究。
“獲取生命發(fā)育過程中生化信息尤為重要,論文作者首次設(shè)計(jì)合成了聚合物納米信標(biāo)用于高靈敏檢測(cè)多硫化氫,并揭示了在受精卵及胚胎發(fā)育階段多硫化氫濃度波動(dòng)情況,對(duì)發(fā)展新型熒光探針以獲取重要生理過程中生化信息具有重要意義。”該論文審稿人認(rèn)為,作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,納米信標(biāo)可對(duì)受精卵及斑馬魚胚胎發(fā)育過程中多硫化氫濃度波動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為活體中活性小分子生化信息的獲取提供了有力工具。
相關(guān)論文信息:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114504
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