具有线粒体靶向功能的过氧化氢荧光比率检测纳米探针

线粒体在细胞的生命活动中扮演着多种重要的角色,它不仅是能量代谢的中心,也是细胞内产生活性物种的最主要场所,还是调控细胞凋亡的主体。过氧化氢作为细胞内活性物种的重要成员,是能量代谢的主要副产物之一。研究表明,过氧化氢是一种细胞内信号传递的信使分子,在细胞生理过程中发挥重大作用。另一方面,过氧化氢的浓度水平对于生命过程至关重要,生理水平的过氧化氢对于细胞内多种过程的调控是必不可少的,如免疫细胞的活化、哺乳动物的血管重塑等;而高浓度的过氧化氢则与一些重大疾病,如恶性肿瘤、神经退化性帕金森氏症和阿尔茨海默氏综合征等有直接的联系。因此,能够实时并准确地检测线粒体内过氧化氢的浓度水平对于某些疾病的预防、诊断以及病理的研究具有十分重要的意义。然而,过氧化氢本身稳定性差,反应活性高,且生物体内其他种类的氧化物和抗氧化物的存在都给过氧化氢的测定带来一定干扰。基于荧光共振能量转移(FRET)机理的荧光比率检测技术具有准确度高、抗干扰能力强的特点,有利于对线粒体内过氧化氢进行实时的检测和成像。但是,在检测体系中同时引入FRET的供体、受体以及线粒体靶向基团,则具有一定的挑战性。

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的吴水珠教授、材料学院的曾钫教授及其研究团队以碳点(carbon dot)为基体,设计了基于FRET原理、并具有线粒体靶向功能的过氧化氢比率型荧光检测 纳米探针。在该多功能荧光检测探针中,碳点同时承担了探针载体和能量转移供体的作用,而过氧化氢的识别基团(能量转移的受体)和线粒体靶向基团则通过共价键连接到碳点上。该荧光探针可在水相中以荧光比率的方式,对过氧化氢进行选择性地检测。细胞成像研究结果表明,该纳米探针具有很低的细胞毒性,可通过内吞途径进入细胞,且表现出高度的线粒体靶向定位功能;同时,这种纳米探针可在L929细胞中对外源性(exogenous)过氧化氢、以及在Raw 264.7细胞中对内生 (endogenous)过氧化氢浓度水平变化进行探测和成像。该工作可对构建亚细胞水平的荧光检测和成像传感体系提供有益的参考。