光控荧光染料的超分辨成像研究获新进展

  近日，华东理工大学费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心与中科院上海药物研究所、国家蛋白质中心、美国得克萨斯大学奥斯丁分校以及英国巴斯大学合作，在酶激活型光控荧光染料的超分辨成像研究中取得重要进展，研究成果以“光致变色荧光探针策略实现生物标志物超分辨成像”为题发表于《美国化学会志》。

酶是人体不可或缺的生物大分子，可通过催化底物的化学反应调控细胞的正常功能。而且，酶的催化活性异常与人类重大疾病的发生与发展密切相关（如癌症、细胞衰老等）。

前期研究中，研究团队通过构建螺吡喃—萘酰亚胺光控荧光染料体系，实现了肝癌细胞的靶向光控荧光成像，进而通过结合人血清白蛋白构建了光控探针/蛋白质复合物，提升了探针的双荧光发射性能，实现了肝癌细胞的靶向双荧光循环成像。在此基础上，研究人员在光致变色基团螺吡喃结构中引入了可被β—半乳糖苷酶水解的β—半乳糖基团，同步抑制了螺吡喃的光致变色性能和荧光性能，并进一步将探针与人血清白蛋白结合，形成光学性能增强的蛋白复合体。复合探针被细胞内化后受β—半乳糖苷酶催化水解β—半乳糖基团，从而同步激活螺吡喃分子的光致变色和荧光性能。基于探针独特的光控“荧光闪烁”性能，研究人员运用超分辨成像技术将探针成像分辨率提升至74~80nm，在亚细胞层次实现了β—半乳糖苷酶在卵巢癌细胞和衰老细胞中的活性分布探测。实验表明，卵巢癌细胞的β—半乳糖苷酶倾向于均匀分布在胞质中，而在衰老细胞中倾向于在溶酶体周围聚集。平行应用膜检测算法分析了两种不同细胞中酶分布的数据信息，构建了两种不同病理状态下的多边形模型图，为酶催化生物大分子动态修饰的亚细胞水平精准成像提供了新的化学工具。

据悉，上述研究工作主要由柴先志博士、韩海浩博士和亚当·赛吉维克博士在华东理工大学张隽佶副教授、贺晓鹏教授和中科院上海药物研究所李佳研究员指导下协作完成，并得到了田禾院士的悉心指导。