采用荧光金纳米簇区分正常细胞与癌细胞

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谷胱甘肽是一种生物体中常见的抗氧化剂,它参与细胞内信号传导、基因调控、细胞凋亡等许多生理过程,所以对体内谷胱甘肽含量的检测十分重要。然而,已有检测谷胱甘肽的探针主要存在三个缺点:(1)探针的生物相容性较差,通常含有重金属离子、有毒的有机物基团等;(2)探针的合成方法较为繁琐,需要复杂的有机合成、纯化、分离等步骤;(3)探针的特异性不好,易受到生物巯基分子(半胱氨酸、同型半胱氨酸等)的影响。另一方面,癌细胞和正常细胞的区分对癌症诊断和治疗有着重大意义,目前缺少一种简单区分正常细胞和癌细胞的方法。针对这些难题,东南大学生物科学与医学工程学院的吴富根教授与美国密歇根大学化学系的陈战教授合作,在利用金纳米簇检测谷胱甘肽以及区分正常细胞与癌细胞方面开展了研究,相关结果发表在Small上(DOI: 10.1002/smll.201401658)

该研究小组首先用组氨酸和氯金酸制得带有微弱荧光的金纳米簇,分别加入生物体中常见的分子和离子。研究人员发现仅有谷胱甘肽能显著增强金纳米簇的荧光强度,而其他常见生物分子与离子对其荧光强度的影响很小,其中包括可影响谷胱甘肽检测的半胱氨酸和同型半胱氨酸。谷胱甘肽对金纳米簇特异性的荧光增强一方面源于其含有带有巯基的半胱氨酸,能与金形成很强的Au-S键;另一方面,相对于同样带有巯基的二硫苏糖醇、半胱氨酸和同型半胱氨酸,谷胱甘肽有更大的空间位阻效应,使其与金的结合更加稳定。基于谷胱甘肽能显著增强金纳米簇的荧光强度这一现象,研究人员又发现金纳米簇能够有选择性地对癌细胞成像(癌细胞内部的谷胱甘肽含量通常大大高于正常细胞)。此外,由于肝细胞内谷胱甘肽的含量是其他类型细胞的5-8倍,该金纳米簇对肝癌细胞的选择性成像效果更加明显。因此该金纳米簇具有区分正常细胞和癌细胞的能力,有望成为癌细胞检测的有效手段。