【分析】基于共聚物的荧光纳米传感器用于糖尿病小鼠肝肾中同型半胱氨酸的原位成像

同型半胱氨酸 (Hcy) 是一种含巯基氨基酸，是临床血液检查的重要指标之一。Hcy水平升高与心血管疾病、帕金森病、慢性肾炎等疾病的发生发展有着密切联系，目前已经被确定为糖尿病肾病和心脑血管疾病的独立危险因素。因此，细胞和活体中Hcy的检测对上述疾病发生发展的研究及治疗和新药的开发都具有重要意义。近日，山东师范大学的唐波团队设计合成的新型纳米荧光传感器 (DPA-PFNP-Cu(Ⅱ)) 实现了细胞和小鼠的肝、肾中Hcy的原位荧光成像。

       目前，Hcy的常规检测方法如高效液相色谱法等虽然能够准确检测，但存在操作复杂、成本高等缺点，且不能用于细胞和活体中的Hcy检测。荧光法灵敏度高，动态响应范围宽，已成为细胞和活体成像的重要方法之一，荧光法结合激光共聚焦成像技术，可以在细胞和活体内实现活性分子的实时可视化跟踪。但现有的小分子荧光探针难以在巯基化合物中实现Hcy的选择性识别，且组织穿透深度不能达到无损伤的原位活体成像的要求。

图1. (a)DPA-PFNP-Cu（II）的结构和荧光响应示意图;（b）小鼠体内成像和双光子成像的示意图。

唐波团队设计的共聚物纳米荧光传感器DPA-PFNP-Cu(Ⅱ) 很好地解决了上述问题。DPA-PFNP-Cu(Ⅱ) 以交替连接的2,7-二溴芴和4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2-1-3-苯并噻二唑为主链，Cu2+的螯合基团二甲基吡啶胺（DPA）通过六个亚甲基的侧链连接到芴上，Cu2+与DPA配位后获得弱荧光的共聚物DPA-PFNP-Cu(Ⅱ)，当Hcy存在时，Hcy与Cu2+竞争配位，Cu2+与DPA脱离，形成DPA-PFNP和Cu(Ⅱ)-Hcy，发出强荧光。DPA-PFNP的近红外的发射光使得该传感器具有较深的组织穿透深度，双光子特性使传感器荧光信号比单光子探针更易于穿透组织，光细胞毒性小，成像亮度强，信噪比高。通过体外和细胞的选择性实验验证了其对Hcy特异性识别作用，血液和尿液Hcy检测，证明聚合物探针具有高的灵敏度。利用传感器DPA-PFNP-Cu(Ⅱ) 对糖尿病小鼠肾脏和肝脏中Hcy水平的活体成像发现Hcy水平与糖尿病程度成正相关，双光子显微镜的深部组织成像得到相同的实验结果，两种成像方式结果相互校正，提高了实验结果的准确性。该结果为活体水平上研究糖尿病的发生发展及其治疗新药筛选提供了新的成像技术。

图2. 小鼠肝部活体成像

图3. 小鼠肾部活体成像

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是山东师范大学张卫博士，通讯作者为唐波教授。

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Copolymer-based Fluorescence Nanosensor for In Situ Imaging of Homocysteine in the Liver and Kidney of Diabetic Mice Wei Zhang, Hui Zhang, Mengqi Wang, Ping Li, Caifeng Ding, Wen Zhang, Hui Wang, Bo Tang* Anal. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04068