我院在生物細(xì)胞內(nèi)超快速成像和長(zhǎng)期成像的紅光AIE納米粒子領(lǐng)域研究成果發(fā)表在《Analytical Chemistry》
非侵入性生物細(xì)胞內(nèi)快速成像和長(zhǎng)期生物成像技術(shù)能夠監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)的生物結(jié)構(gòu)和生命過程，已成為臨床診斷和生物研究中不可缺少的強(qiáng)有力工具。其中具有紅光或近紅外的激發(fā)和發(fā)射的熒光材料作為探針分子可以減少背景自發(fā)熒光的干擾，避免由紫外光激發(fā)引起的光損傷，并且能夠更深地穿透組織。具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)的材料因其在聚集態(tài)具有較好的發(fā)光性能而非常適合應(yīng)用于生物細(xì)胞成像中。然而，如何結(jié)合上述兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑具有長(zhǎng)波長(zhǎng)吸收和紅色或近紅外發(fā)射的AIE材料應(yīng)用于生物細(xì)胞內(nèi)快速成像和長(zhǎng)期成像仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。
圖1：化合物TPA-BDP, Cz-BDP, TPACz-BDP 和 3TPA-BDP的化學(xué)結(jié)構(gòu)及納米粒子制備示意圖
近日，東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院朱東霞教授和蘇忠民教授團(tuán)隊(duì)巧妙地將給電子基團(tuán)三苯胺或咔唑與具有良好發(fā)光性能和優(yōu)異穩(wěn)定性的吸電子基團(tuán)硼-二吡咯亞甲基（BODIPY）衍生物結(jié)合在一起，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)于BDOIPY衍生物的光譜調(diào)節(jié)，合成了一系列基于BDOIPY衍生物的具有長(zhǎng)波長(zhǎng)吸收和紅光發(fā)射的AIE材料。同時(shí)通過聚合物封裝的方法制備了具有良好水分散性、高亮度、高穩(wěn)定性和低細(xì)胞毒性的納米粒子實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)超快速成像和生物體內(nèi)體外的長(zhǎng)期成像。
圖2：3TPA-BDP NPs 培育在 HeLa 細(xì)胞中不同時(shí)間的共聚焦顯微鏡圖像及內(nèi)吞路徑研究，比例尺為 20 µm
通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)基于以上化合物所制備的納米粒子具有適宜的納米粒徑和良好的光穩(wěn)定性和膠體穩(wěn)定性。有趣的是，這一系列納米粒子均實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)秒級(jí)的超快速成像特征，加入細(xì)胞培養(yǎng)皿中約五秒鐘就可以觀察到細(xì)胞質(zhì)處的紅色熒光。通過對(duì)其內(nèi)吞路徑研究，發(fā)現(xiàn)其主要是通過小窩蛋白介導(dǎo)的胞吞過程進(jìn)入到細(xì)胞中。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，納米粒子在細(xì)胞內(nèi)的熒光也顯著增強(qiáng)，表明納米粒子能夠被持續(xù)的攝取和累積，非常適合于細(xì)胞成像研究。
圖3：3TPA-BDP NPs在細(xì)胞中培育不同天數(shù)的長(zhǎng)期細(xì)胞追蹤共聚焦圖像，比例尺為 20 µm
此外，發(fā)現(xiàn)該系列納米粒子在細(xì)胞內(nèi)的紅色熒光可以保持十五天以上，在生物小鼠體內(nèi)腫瘤處的熒光也可以維持十四天以上，表明它們可以作為熒光生物探針應(yīng)用于生物體內(nèi)體外長(zhǎng)期成像的應(yīng)用研究?；谝陨辖Y(jié)果，表明這三種具有優(yōu)異穩(wěn)定性和長(zhǎng)期追蹤能力的納米粒子在實(shí)時(shí)和實(shí)際生物學(xué)應(yīng)用中具有巨大潛力，同時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)制備超快速成像和長(zhǎng)期成像的熒光探針分子具有重要的指導(dǎo)意義。
圖4：瘤內(nèi)注射 3TPA-BDP NPs 的荷瘤小鼠體內(nèi)熒光從第0天到14天變化圖
以上相關(guān)成果近期發(fā)表在Analytical Chemistry上，第一作者為東北師范大學(xué)博士研究生車偉龍。東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院朱東霞教授，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所謝志剛研究員、東北師范大學(xué)蘇忠民教授和香港科技大學(xué)唐本忠教授為共同通訊作者。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、吉林省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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