Adv. Mater. 济南大学-利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像

CZM 8年前 (2016-09-01) 6463浏览

【引言】

活性氧簇（ROS）是一类对生物分子具有很高反应性的含氧分子，ROS在很多生理和病理学进程中扮演着重要角色。过氧化氢（H2O2）是主要的一种ROS，它是细胞生长、繁殖和分化的重要信使。但是过量的H2O2通常预示着疾病，如癌症、神经衰退和心血管疾病等。因此发展能检测体内的H2O2的方法至关重要。

荧光探针是生物分子检测常用的手段，但是目前的荧光探针大多是基于强度型的（荧光强度变强或变弱）。为了解决这一问题，已经研究出了几种针对H2O2的比率荧光探针，但是还存在几个缺点：第一，特异性不强，除了跟H2O2反应外还能跟NO反应；第二，这些探针经常是单光子激发或者发射的荧光在可见光范围内，组织穿透能力有限；第三，发射位移小，使得探针和反应产物的荧光相互重叠。

【成果简介】

济南大学荧光探针与生物医学成像研究所的林伟英教授（通讯作者）的团队设计了一种比率荧光探针来对H2O2进行同时的近红外和双光子成像（下文用BC代表文中设计的探针）。BC含有特殊的H2O2反应位点，能与H2O2反应（其它生物分子则几乎不反应），反应后BC 472nm处的荧光强度增加，而693nm处的荧光强度则减弱，这两种荧光的比例与H2O2的浓度呈线性关系。同时BC与H2O2反应后可以释放一种双光子荧光染料，染料可以吸收760nm的近红外光而发出绿光，从而对H2O2进行成像。BC对H2O2具有很高的选择性，可以拓展用来对其它ROS进行成像。

【图文导读】

图1 荧光BC与H2O2反应导致的吸收和发射光的变化

（A）浓度为 5 × 10−6 m 的BC在不同H2O2浓度（0-180当量）时的吸收光谱，插图：自然光下H2O2含量分别为0和120当量的溶液的照片。

（B）PBS溶液中，浓度为 5 × 10−6 m 的BC在不同H2O2浓度时的荧光光谱（激发光波长为410nm），插图： 472 和693 nm处荧光强度与H2O2浓度的关系；

（C）472nm和693nm光强比率与H2O2浓度的线性关系，插图：365 nm紫外光照射下H2O2含量分别为0和120当量的溶液的照片；

（D）用不同种类分子处理BC时472nm和693nm的光强比率，激发光波长为410nm。

图2 用BC检测RAW 264.7巨吞噬细胞产生的H2O2

（A）巨吞噬细胞的图片（a1-a4）和用5 × 10−6 m BC处理的细胞的图片（b1-b4）以及用5 × 10−6 m BC + 3μg mL−1 PMA处理的细胞的图片（c1-c4，PMA能刺激产生H2O2），绿色（a1-c1）和红色（a2-c2）荧光通道为单光子成像（OP）模式，a3-c3是明场细胞图片与绿色和红色通道合并的图片，a4-c3是双光子成像（TP）模式。OP成像：绿色，λex = 488 nm, λem = 500–550 nm；红色，λex = 647 nm, λem = 663–738 nm；TP模式， λex = 760 nm, λem = 500–550 nm（λex为激发光波长，λem为发射荧光波长）。

（B）图A中相对荧光强度的量化；（C）从图B中得到的绿光和红光强度的比率。

图3 用斑马鱼幼虫检验BC的成像能力

（A）斑马鱼（a1-a4）和用 10 × 10−6 m BC（b1-b4）与10 × 10−6 m BC + 200 × 10−6 m H2O2处理斑马鱼的图片；绿色（a1-c1）和红色（a2-c2）荧光通道为单光子成像（OP）模式，a3-c3是明场细胞图片与绿色和红色通道合并的图片，a4-c3是双光子成像（TP）模式。OP成像：绿色，λex = 488 nm, λem = 500–550 nm；红色，λex = 647 nm, λem = 663–738 nm；TP模式， λex = 760 nm, λem = 500–550 nm（λex为激发光波长，λem为发射荧光波长）。

（B）图A中相对荧光强度的量化；（C）从图B中得到的绿光和红光强度的比率。

注解图示1：比率荧光BC的设计路线图