VIEW:生物必需之氧自由基的纳米发光探针检测及成像

氧气,如同食物和水,是各种生物体赖以生存的条件之一,其在大气中的含量为21%。生物体在吸入之后,氧气由血液中的血红蛋白带到各个器官,参与各种代谢反应。在生物体各种新陈代谢过程中(如线粒体呼吸、酶催化氧化等),部分还原的氧气分子便成为活性氧自由基,主要包括超氧阴离子自由基、羟基自由基。低浓度的活性氧自由基对于受体介导的信号通路和转录激活等生物过程至关重要。然而,细胞中异常升高的活性氧自由基含量将破坏细胞膜结构、氧化细胞内外各种蛋白分子及核酸,从而导致细胞功能障碍、诱发细胞及组织病变。长期的活性氧自由基含量升高是各种疾病发生的主要因素之一,例如癌症、炎症、以及神经退行性疾病等。因此,检测活性氧自由基在生物体的含量对疾病的发生、发展过程、及其治疗的疗效评估都具有重要的意义。

为了更清晰地认识活性氧自由基在生物体内的功能,了解其在疾病发生和发展过程中的机制,各种用于超氧阴离子和羟基自由基检测的发光纳米探针相继被开发,并成功地用于生物体内活性氧自由基的示踪。近日,澳大利亚昆士兰大学生物工程与纳米技术研究所张润博士、许志平教授系统评述了活性氧自由基的产生及其在多种疾病病变过程中的生物学意义,并深入地总结了响应型发光纳米探针在超氧阴离子和羟基自由基检测、生物成像研究方面的最新进展。

基于不同的响应作用机理,该综述对近年来成功开发的发光纳米探针用于超氧阴离子和羟基自由基检测及生物成像的研究工作进行了总结。分析结果表明,荧光纳米晶体(包括金、银纳米簇和硅量子点),荧光纳米粒子表面DNA、染料(如香豆素,花菁和偶氮衍生物)等都具有很好的响应性能,能够用于制备羟基自由基响应型发光探针。而荧光纳米点(如金、银纳米点及量子点),羟基鸟嘌呤、氢乙啶(HE)、2-氯-1,3-二苯并噻唑啉环己烯(DBZTC)等有机染料修饰的荧光纳米材料具有良好的超氧阴离子自由基响应性能,能够用于制备超氧阴离子自由基响应型发光探针。

确实响应型发光纳米探针在生物分析及体内/外示踪活性氧自由基方面近期取得了很大的进展,目前仍然面临很多亟待解决的问题。活性氧自由基具有很高的反应活性及很短的寿命,在体内表达后会迅速地与其他生物分子反应,使得常规的检测方法很难对其进行有效的定量分析。因而开发更为可靠的生物分析方法,并用于活性氧自由基的快速、定量原位分析对深入了解其生物学功能具有重要的意义。此外,目前所开发的检测方法已经初步实现了对体内外活性氧自由基的分析,但该类响应型发光纳米探针是否能用于疾病发生、发展以及治疗过程中活性氧自由基的定量监测仍未得到有效的评估。因此,对已经开发的分析检测纳米探针的临床转化将是一项重要的任务。期待在不久的将来,通过分析化学家、生物学家和临床医生的密切配合,新兴的纳米发光分析探针技术为活性氧自由基相关疾病的生物医学及临床研究提供有效的技术支撑。相关论文发表在VIEW期刊上(DOI: 10.1002/VIW.20200139)。

原文链接: https://doi.org/10.1002/VIW.20200139

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