定量指示活细胞内不同细胞器pH的比率纳米荧光探针的设计与合成

H+ in living cells regulates the functions of many organelles and plays a vital role in the various biological processes of the cells. The change of the pH of the organelles directly affects cells’ the normal physiological function. The development of many major diseases is also closely related to the pH changes of the organelles in cells. Therefore, it is of great significance to accurately study the changes of pH and their relationship among different organelles. The goal of this project is to synthesize a series of fluorescence nanoprobes targeting different organelles (such as mitochondria, lysosomes, nuclei, etc.) based on silicon nanomaterials, quantum dots and upconversion materials to achieve accurate detection of pH at different organelles. Imaging and studying the relationship between the pH of different organelles in different biological processes provide new methods and new tools for better revealing the role of pH in physiology and pathology.

细胞中的H+能调节许多细胞器的功能，在细胞的各种生物学进程中起着至关重要的作用。细胞器的pH变化失调直接影响着细胞的正常生理功能，许多重大疾病的发生发展也与细胞中细胞器的pH变化密切相关，因此，准确指示不同细胞器pH的变化情况及其相互关系具有重大意义。本项目拟基于硅纳米材料、量子点以及上转换材料设计合成一系列靶向不同细胞器（如线粒体、溶酶体、细胞核等）的纳米荧光比率探针，实现对不同细胞器的pH实现精准检测与成像，并研究不同生物学过程中不同细胞器的pH相互变化关系，为更好地揭示pH在生理学和病理学中的作用提供研究的新方法和测量的新材料。

按照本项目研究计划，课题组积极安排各工作，发展灵敏度高、特异性好、响应快速的比率纳米荧光探针，对细胞内某一特定细胞器和不同细胞器同时精准定位，以及不同细胞器内的多种肿瘤标志物的同时检测与成像，主要包括以下四方面：. 1、基于Au-Se键较Au-S键具有更高的稳定性，我们设计了一种新型的硒醇功能化的Au-Se键纳米荧光探针，其具有更好的热力学稳定性及很好的抗干扰能力，同时克服了以往Au-S键探针在生物体内容易被如谷胱甘肽等生物硫醇干扰产生假阳性信号的缺陷。基于此，我们成功的研发了一系列以Au-Se键为主的荧光纳米探针，能够有效避免细胞内高浓度生物硫醇引起的检测结果的失真，实现细胞内的高保真成像。. 2、在Au-Se键纳米荧光探针的基础上，我们设计合成了同时检测两种肿瘤凋亡标志物的Au-Se键纳米荧光探针，在复杂的生物体系中实现对相关信号分子的高灵敏的原位连续可视化分析对生物分子之间的生化反应和相互作用研究。. 3、我们使用三种纳米探针对Na2SeO3诱导肝癌细胞凋亡过程中的重要信号分子H2Se亚细胞器分布情况进行了实时监测，对 Na2SeO3乃至其他抗癌药物的抗肿瘤疗效的提高、精准治疗具有非常重要的意义与价值，也为深入研究Na2SeO3在诱导肿瘤细胞凋亡过程中的抗癌分子机制提供有效方法. 4、我们提出了一种基于增强还原胁迫诱导肿瘤细胞凋亡的新方法，并在细胞水平上阐明了还原胁迫诱导的细胞凋亡的分子机制。为研究细胞内凋亡途径提供了新的方法，并为治疗肝癌提供了一种新型的温和治疗方法。. 本项目研究各种病理学过程中不同标志物的变化及相互影响，为相应细胞生理、病理过程功能调控机制提供依据新认识提供依据。通过三年的研究工作，顺利完成了预期。