情感和记忆过程中温度与神经递质变化研究

The variation of temperature and neurotransmitters in nerve cells is significant in the study of emotion and memory events. It is a great challenge to simultaneously monitor the variation of temperature and neurotransmitters. In this project, novel multifunctional fluorescent polymeric nano probes will be designed and constructed for simultaneously temperature and neurotransmitters response in nerve cells. Then, the prepared nano probes will be applied for monitoring the intracellular temperature and neurotransmitters variations under normal and external stimuli conditions. The investigation will include: (1) preparation of the thermo sensitive fluorescent polymers by using controlled/living radical polymerization methods; (2) design and synthesis of fluorescent polymers for intracellular neurotransmitters sensing, then combinating the temperature and neurotransmitters response parts; (3) development of intracellular temperature and neurotransmitters variation model under controlled and external stimuli physiological conditions. Furthermore, the prepared multifunctional fluorescent polymeric nano probes will be utilized for sensing of the intracellular temperature and neurotransmitters. This explorative work will construct sensitive methods for deep understanding of intracellular temperature and neurotransmitters changing in emotion and memory events. Moreover, this study can provide chemical foundation of molecule-cell-neural circuit investigation in emotion and memory sciences.

神经细胞内温度及神经递质的变化在情感和记忆神经环路研究具有重要的作用，温度及神经递质变化的同时分析极具挑战。本项研究拟制备多功能聚合物荧光纳米探针，实现温度及神经递质同时响应，并拟将其应用于神经细胞在正常生理及外界刺激条件下温度及神经递质变化成像研究中。研究内容：（1）采用活性/可控聚合方法制备新型温敏荧光聚合物；（2）设计合成神经递质响应荧光聚合物，与温敏荧光聚合物结合，构建多功能响应荧光聚合物纳米探针；（3）将所制备的双敏聚合物纳米探针应用于神经细胞在正常生理及外界刺激条件下的温度及神经递质成像研究中。本项工作探索性及交叉性较强，所获研究进展必将极大促进情感和记忆过程中温度及神经递质变化规律的研究，为人们从分子-细胞-神经环路水平上认识情感与记忆中的化学本质奠定基础。

本项目以细胞内温度与神经递质变化关系为研究对象，发展了系列聚合物荧光分子温度计合成制备新方法，建立了细胞内温度与钙离子及ATP同时变化研究的新策略；系统开展了细胞内与情绪相关的神经递质释放及温度变化关系的分析研究。取得的创新性研究成果包括：（1）构建了聚合物荧光分子温度计及ATP荧光探针，可以特异性地靶向线粒体，考察了细胞内氧化磷酸化抑制条件下温度及ATP的同时变化，初步探究温度变化与能量代谢通路之间的关系；（2）构建了基于姜黄素的聚合物荧光温度计，并利用聚合物的自组装性能将温度探针与钙离子荧光探针共同包裹于聚合物中，有效克服了钙离子探针的溶解度问题并进行了细胞内温度与钙离子同时测定研究； （3）将构建的聚合物荧光温度计应用于神经细胞（PC12细胞及大鼠肾嗜铬细胞）中外界药物刺激条件下温度变化研究，为考察神经细胞内温度与神经递质的同时变化研究提供方法。（4）建立了几种荧光纳米材料，可以进行神经通路相关生理活性物质葡萄糖、蛋白质、氨基酸及金属离子的分析研究，为后续进行细胞内温度及神经递质同时变化研究提供新途径。研究项目执行期间，在 Anal. Chem. 及 Anal. Chem. Acta等国际学术杂志上发表SCI研究论文7篇（其中IF>5的论文2篇，IF介于3-5的论文5篇，均标注了重大研究计划培育项目基金致谢号）；参加国际/国内学术会议6人次，做分组报告4次；获2018年度中国科学院化学研究所青年报告优秀奖。