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【分析】JACS：基于“双钥匙-锁”策略的钌(II)配合物发光探针用于癌细胞溶酶体及肿瘤组织内甲醛的检测

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2019-06-21 08:09

正文

生物医学研究表明，甲醛分子在生命体系中发挥着重要的作用，与人的认知能力和空间记忆密切相关，但体内局部甲醛浓度过高可能诱导组织癌变及癌细胞转移。溶酶体作为一种重要的细胞器参与生命体的各种代谢活动，而甲醛作为最简单的活性羰基化合物，与生命体的代谢活动密切相关，因此，溶酶体内甲醛的检测对于探究多种生理过程具有重要意义。传统的用于溶酶体内活性分子检测的探针通常基于“单钥匙-锁”的设计策略：将溶酶体靶向基团直接连接在探针上，通过靶向基团的作用使其进入溶酶体内并对待测物产生响应。这类探针存在的一个共性问题是：探针在进入溶酶体前存在着先与待测物反应的可能（图1a），这样则会造成假阳性的检测结果。

图1. （a）传统的溶酶体靶向分子探针的设计策略。（b）“双钥匙-锁”分子探针的设计策略。（c）基于“双钥匙-锁”策略的钌(II)配合物探针Ru-FA 用于甲醛检测的反应机理。

为解决这一问题，大连理工大学的袁景利教授及张文珠副教授与澳大利亚昆士兰大学生物工程与纳米技术研究所的张润博士团队共同设计并构建了一种基于 “双钥匙-锁”策略的钌(II)配合物发光探针用于癌细胞溶酶体及肿瘤组织内甲醛的检测。利用溶酶体特有的微酸环境特点，只有在甲醛分子（第一把钥匙）和微酸环境（第二把钥匙）同时存在的情况下，探针分子（锁）才会发生磷光增强的现象（图1b）。“双钥匙-锁”的设计策略实现了对溶酶体内甲醛的更精准检测（图1c）。相关研究结果发表于国际化学综合期刊Journal of the American Chemical Society。

该探针还具有以下优点：

1. 可用于人血清及小鼠器官中甲醛的时间分辨发光定量检测：探针Ru-FA及其与甲醛的反应产物Ru-NR具有较长的发光寿命，用于时间分辨发光分析，消除了复杂样品中背景荧光的干扰，可以实现对人血清及小鼠器官中甲醛的定量检测（图2a-c）。通过检测小鼠各器官中甲醛的含量发现脑中甲醛的浓度明显高于其它器官（图2d），说明甲醛与生物体的空间记忆与感知能力密切相关。该方法具有较高的灵敏度和良好的回收率，为复杂样品中甲醛的时间分辨发光定量检测开辟了新的途径。

图2. Ru-FA 用于人血清及小鼠器官中甲醛的时间分辨定量分析。

2. 溶酶体内甲醛检测：将该“双钥匙-锁”的钌(II)配合物发光探针用于细胞成像发现探针与内源性甲醛反应后有明显的红色磷光信号产生，甲醛清除实验也证明了红色磷光信号的产生来源于探针与内源性甲醛的反应（图3b）。通过探针分子与溶酶体商业化染料的共定位成像分析，发现两种染料的发光通道存在很好的重叠关系，证实了基于“双钥匙-锁”设计策略的钌(II)配合物探针Ru-FA可用于细胞溶酶体内甲醛的发光成像测定（图3c）。

图3. Ru-FA用于癌细胞溶酶体内甲醛的成像测定。

3. 可用于肿瘤组织衍生的甲醛成像：医学研究发现肿瘤组织区域甲醛的过表达有可能是组织癌变、癌症加重和转移的重要原因，利用该探针，实现了对肿瘤组织区域甲醛的成像示踪（图4）。离体器官及组织切片验证了肿瘤组织内甲醛的过表达现象，表明探针Ru-FA可作为一种有效的工具用于肿瘤组织衍生的甲醛成像。期待探针Ru-FA的成功研制可为恶性肿瘤的临床早期诊断和治疗过程中的可视化研究提供技术支撑。