高生物適應性雙光子熒光納米探針的構建及生物醫(yī)學成像應用.pdf

1、近年來，雙光子熒光共聚焦顯微成像技術(TPM)，作為一種新型的光學成像技術逐漸引起人們的極大關注。與傳統(tǒng)單光子激發(fā)熒光顯微成像(OPM)相比，雙光子激發(fā)(TPE)以近紅外光子作為激發(fā)光源，具有組織自發(fā)熒光和自吸收低、光損傷和光漂白弱、空間分別率高和組織穿透深(＞500μm)等優(yōu)點。雙光子(TP)探針的構建是TPE技術發(fā)展的關鍵。到目前為止，盡管已有很多具有優(yōu)良雙光子吸收(TPA)特性的探針被報道和應用于生物醫(yī)學成像領域，但是大部分集中在

2、有機小分子方面，這樣TPE有機探針就不可避免地存在細胞膜穿透性差、抗光漂白性能低和細胞定位能力差等有機小分子的固有缺陷。此外，對于生物分子檢測，基于TPA有機分子探針的設計和合成仍然存在巨大挑戰(zhàn)。
　　隨著納米技術的發(fā)展和納米結(jié)構所具有的優(yōu)良性質(zhì)，如抗酶切性能、載體性質(zhì)、循環(huán)時間可調(diào)控性、高通透性和滯留(EPR)增強效應等，TPA納米探針將為TPE成像方法的廣泛應用提供一種重要的研究基礎。與此同時，β-環(huán)糊精聚合物(βCDP)是以

3、物理混配法或化學鍵組成的含有多個β-環(huán)糊精(βCD)單元的高分子聚合物。βCDP也是近年來發(fā)展的一種生物相容性較好、無生物毒性的新型載體。它既保留環(huán)糊精自身的催化、包結(jié)、緩釋和識別的能力，又在聚合過程中形成多個支點構成的空間三維網(wǎng)絡結(jié)構，兼具了聚合物的化學可調(diào)性和良好的機械強度等優(yōu)點。
　　結(jié)合甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸共聚物(PMMA-co-MAA)、金納米顆粒(AuNPs)和βCDP等納米材料所具有的獨特性能，以及TPM技術優(yōu)良

4、的組織穿透性能和較高的空間分辨率。本論文選擇具有雙光子性質(zhì)的有機小分子為研究對象，構建了一系列新型高生物適應性的雙光子熒光納米探針，并將其應用在與生命活動密切相關的離子、蛋白酶的定量檢測及生物醫(yī)學靶向成像等領域，具體開展以下幾個工作:
　?。ㄒ唬嫿艘环N以反式-4-[對-(N，N-二乙基胺基)苯基]乙烯基-4'-（4-N，N-二乙胺基）苯(DEAS)為雙光子染料，通過共沉淀-自組裝法形成的新型DEAS@PMMA-co-MAA雙光

5、子熒光納米探針。PMMA-co-MAA對染料DEAS的包裹，改善了雙光子有機小分子的水溶性、生物相容性以及雙光子性質(zhì)。同時將該體系成功應用于活細胞及深層組織中的雙光子成像研究。
　?。ǘ嫿艘环N以雙光子有機分子(TPdye)為生物標記的熒光團、AuNPs為納米載體的新型AuNPs@CDGRG-TPdye熒光納米探針，通過多肽序列定點切割及AuNPs溶解等設計機理，實現(xiàn)對深層組織中膠原蛋白酶collagenase的活性成像應用及

6、復雜體系中CN-的定量檢測。
　　（三）發(fā)展了一種基于雙光子有機分子反式-4-[對-（N，N-二乙基胺基）苯基]乙烯基-N-甲基吡啶碘(DEASPI)與βCD之間的主客體相互作用的TPA DEASPI/βCDP納米膠束的構建新策略。該TPA超分子納米膠束表現(xiàn)出優(yōu)良的雙光子熒光性質(zhì)、較高的光學穩(wěn)定性、良好的細胞膜穿透性和優(yōu)良的生物相容性等特點。并且進一步將靶向多肽RGD交聯(lián)在納米膠束表面，成功實現(xiàn)在癌細胞和深層腫瘤組織中的靶向雙光子

7、成像研究應用。該設計策略為未來開發(fā)各種獨特傳感方法并應用于癌癥診斷和生物成像研究等領域開辟了新的途徑。
　?。ㄋ模┰谏弦徽禄A上，本章發(fā)展了一種基于TPA納米膠束的雙光子熒光納米探針，用于活細胞和組織中高靈敏度和高選擇性的細胞凋亡蛋白酶caspase-3的活性檢測及成像應用?；贒EASPI/βCDP納米膠束的TPA熒光納米交聯(lián)物提供了一種高靈敏度和高選擇性的探針，用于復雜生物條件下caspase-3的定量檢測。該納米交聯(lián)物也可以