聚合物基单胺氧化酶的荧光检测体系的构筑及在生物成像中的应用

Some enzymes regulate central nerve system functions. To understand their physiological roles in neurological and behavioral disorders, efficient assay methods for these enzymes are essential. To overcome limitations of some small-molecular fluorescent probes and to achieve in vivo imaging of related enzymes (such as MAO) in animal brains, we propose a new strategy for fabricating a class of polymer colloid-based sensing and imaging systems, which can traverse the blood-brain barrier (BBB) and release small-molecular probes in cells. In this study, we plan to synthesize a series of enzyme probes and polymeric carriers, and investigate the relationship between their structure, spectral properties and sensing behaviors. This study also involves the investigation for the release of the probes in lysosomal environment and the intracellular imaging of the sensing system. Moreover, several brain-targeted polymeric imaging systems for several enzymes will be constructed by covalently linking BBB ligands into polymer chains; and their brain-transversing capability will be studied and optimized. In addition, the distribution of enzymes in animal brain will be observed and studied in the presence of some therapeutic drugs (like MAO inhibitors) for some neuronal diseases. We suppose the study may provide some insights to the unsolved issues associated with the MAOs and the diseases.

生物体内存在一些重要的调节神经系统及个体行为功能的酶（如单胺氧化酶，MAO），对这些酶进行实时检测和成像有利于深入探索其对神经系统的调节作用并理解它们与一些神经退化性疾病的联系。本研究拟以聚合物为基体，构筑包括MAO在内的几种酶的荧光检测/成像系统，解决小分子荧光探针尚存的一些问题并实现生物成像尤其是脑部成像。合理设计荧光探针和聚合物基体的结构，调节荧光检测体系的分子结构，优化体系光谱学性质，实现在水介质和细胞内对特定酶进行灵敏、专一的检测；将一系列脑靶向配体分别接入聚合物分子链，使聚合物体系能够跨越动物血脑屏障，并实现对动物脑部某些酶（如MAO）的检测成像，进而考察一些神经性疾病的治疗药物对特定酶在动物脑部的实时分布的影响。本研究有望借助于高分子的结构优势，解决诊断体系跨越血脑屏障这一难题；而研究获取的荧光探针脑部成像的结果，可为脑部神经性疾病的诊断和治疗提供有益的参考。

生物体内存在一些重要的酶（如单胺氧化酶）可充当某些疾病的生物标志物，对这些酶进行实时检测和成像有利于深入探索其对生理过程的调节作用并理解它们与重要疾病的联系，也可以根据它们在生物体内的异常表达来对特定疾病进行诊断和治疗。在本研究中，我们设计制备了多种近红外染料，并分别将几种酶的底物（识别基团）连接到了染料分子上，形成了包括单胺氧化酶在内多种酶的光学（荧光和光声）检测体系，它们的检测灵敏度普遍优于1 uM。我们优化了光学探针和基体的结构，使检测体系在生物介质中具有良好的稳定性和低生物毒性，并能够在特定酶的存在下活化荧光探针，使探针发出强烈的近红外荧光或者产生吸收光谱的显著变化，从而实现在水相中和活细胞内对几种酶进行灵敏的荧光和光声检测。为了实现在活体动物中对特定酶进行成像和定位，我们建立了几包括肿瘤及其转移、肝损伤等疾病在内的小鼠模型，验证了上述检测体系的生物相容性和生物安全性，以及对特定器官的靶向性，并采用活体荧光成像和多光谱光声断层成像法，对激活后的检测探针发出的荧光和光声信号进行跟踪，实现了对多种疾病生物标志性酶的成像和定位，达到了有效诊断相关疾病的目的，其成像深度达到1cm。本研究结果可为设计疾病的诊断的检测和成像体系提供借鉴和参考。