基于跨键能量传递机理构建一氧化氮双光子比率荧光探针及其生物成像研究

Nitric oxide (NO) as the simple biological information molecular, participate important physiological and pathological processes in vivo. To elucidate the physiological functions and pathological mechanisms of NO molecules, need to create a visualization of NO detection in living cells and biological tissues. Two-photon fluorescence probe capable in the organization deep levels to spatially confined two-photon excitation, enabling three-dimensional imaging of NO in the living cells and tissues. However, the signal response NO existing two-photon fluorescence probes are the type of fluorescence turn-on, signal resolution is low and vulnerable to external disturbances. Ratiometric two-photon fluorescence probe can solve the problem. Through innovation the single-photon fluorescence platform which was our group built with a good signal resolution, to build new two-photon fluorescence platform with good resolution, and construct the fluorescent probes on the basis of platform. Aims to build a good signal resolution ratiometric NO two-photon fluorescence probes, testing their spectroscopic properties of NO identification and study its application in living cells and living tissue NO two-photon three-dimensional imaging, which has a good theoretical guidance and practical significance for developing two-photon ratiometric fluorescent probes with well-resolved emission spectra.

一氧化氮 (NO) 作为最简单的生物信息分子，在生物体内参与重要的生理和病理过程。要阐明NO分子的生理功能和病理机制，需要建立一个在活细胞和生物组织内对NO可视化的检测方法。NO双光子荧光探针能够在组织深层面进行限域激发，从而实现对NO在生物组织的三维成像。然而现有的NO双光子荧光探针的信号响应都是荧光增强型，信号分辨率低且容易受到外界因素的干扰。比率型NO双光子荧光探针可以解决上述问题。通过对本课题组构建的具有良好信号分辨率的单光子荧光平台进行创新，连接上具有优良双光子性能的双光子能量供体，构建具有良好信号分辨率的双光子荧光平台，并在此平台的基础上构建NO荧光探针。本项目旨在构建具有良好信号分辨率的比率型NO双光子荧光探针，测试其对NO识别的光谱性质，研究其在活细胞、生物组织内对NO的双光子三维成像中的应用。有望解决目前NO双光荧光探针信号分辨率低的问题，具有重要的科学意义和研究价值。

NO及其还原产物HNO都在生物体内许多生理过程中都发挥着重要的作用。HNO可以提高心脏细胞收缩，在肌肉细胞中引起血管舒张以及减少血小板聚集等作用。另一方面，HNO可作为一种有效的治疗剂。例如，硝酸可用于心衰的治疗，因为它可以通过释放降钙素基因相关肽（CGRP）赋予全身心血管效应。在细胞器级别，HNO与线粒体密切相关。研究表明，NO与线粒体细胞色素c被认为可以产生HNO，而HNO的形成可能对线粒体活性产生功能性的影响。然而，对线粒体内HNO进行研究的荧光探针的设计与合成至今仍是个具有挑战性的课题。本项目合成一种具有线粒体靶向的HNO荧光探针。该探针具有良好的选择性和较高的灵敏度。 通过引入线粒体定向基团，探针可以定位于线粒体内。 在HNO存在的情况下，探针在短时间内对HNO进行荧光响应。 此外，细胞成像证实，与线粒体定位染料相比，探针可以用于检测线粒体中外源性和内源性HNO的水平，具有较高的共定位系数。在该项目的资助下共发表SCI论文17篇，专章2篇，授权专利5项，培养硕士研究生两名。参加学术会议两次。