新型一氧化碳荧光探针的设计、合成及生物成像研究

Carbon monoxide plays a significant role in regulating many biological processes as a gasous neurotransmitter. Its abnormal metabolism is found to be closely associated with various pathological pathways and thus leads to a variety of diseases. On the basis of fluorescence probe for detection of CO in air developed by our group, novel CO targeting fluorescence probes suitable for bioimaging based on palladium complexes containing fluorophore precursor, azido, and nitrogen/phosphor ligands, are designed. The turn-on mechanism of fluorescence relies on the reaction between the palladium complex and CO in water, thus forming a fluorescent amino compound. A series of single and two photon fluorescence probes are designed by varying the fluorophore precursors and ligands, and their optical properties will be investigated. In addition, the effects of the ligands on reactivity, stability, and cytotoxity will also be studied for further structural optimization. Promising candidates by screening will be subjected to fluorescence bioimaging. Our investigations will provide a new way to construct CO bioimaging probes which have potential applications and benefit further understandings of CO in biological processes and studies of diseases involved.

一氧化碳（CO）是生命体内重要的气体信号分子，对其在生命体内的追踪，能促进对CO生理和病理功能的了解，对于治疗和CO代谢失调相关的疾病有重要意义。在本小组所开发的大气CO荧光探针的基础之上，本研究拟设计并合成一类基于钯（Pd）络合物的荧光探针，利用含有荧光团前体、迭氮基和氮/磷配基的Pd络合物在CO作用下生成含氨基的荧光化合物的过程，来实现荧光的增强，进而实现在细胞内CO的成像。通过引入不同的荧光基团前体化合物，分别合成单光子及双光子荧光探针；考察不同配基对探针稳定性、反应活性、细胞吸收及毒性等的影响，从中筛选出性能优良的荧光探针，用于细胞（组织）成像并考察其在亚细胞结构中的分布。本研究旨在建立一种基于新的反应机理的CO化学荧光探针分子的构筑方法，该方法可为CO在生命体内的研究提供了一种手段，对生命过程的揭示和相关重大疾病的发生机制及治疗方法的研究能提供有力的技术支持。

一氧化碳（CO）是生命体内的一种重要的气体信使，构建CO荧光探针对于揭示该气体在生命体的生长发育及相关疾病的发生发展具有重要的意义。本研究利用金属铑化合物的轴向配基（乙酸）与CO的交换而导致的吸收光谱的变化，以铑化合物为能量受体并以荧光团NBD为能量给体来构建FRET体系，并将这两种成分包裹于自组装材料以构造CO纳米荧光探针（NanoCO-1），NanoCO-1可对CO产生选择性的荧光响应，并可实现生命体系内（细胞、斑马鱼等）的CO成像。.慢性伤口是一种由于病理状态（如糖尿病等）而导致的创伤难以愈合的疾病，据报道在中国每年由糖尿病导致的慢性伤口病人有数千万之多，对慢性伤口的诊断和治疗有着重大的社会和经济效益。慢性伤口的发展伴随着pH值的改变，本研究小组以苯甲酰肼为pH值报道基团并构建了以Cy7为荧光基团的近红外荧光探针，通过分析苯甲酰肼上取代基对pKa响应的构效关系，筛选出了低毒、高选择性和高灵敏度的探针AlkaP-1，该探针可以用于监测转基因糖尿病小鼠的慢性伤口发展过程中的pH变化，证实了慢性伤口的发展是伴随着碱性升高的一个病理过程。该探针的研发，对揭示慢性伤口的病变机制的研究和相关药物的研发具有重要意义。