以线粒体为靶向的活性氧自由基检测荧光探针的设计、合成及生物成像研究

With the development of fluorescent detecting techniques, the research of fluorescence sensing and fluorescence imaging for some important biology small moleculars has become an active research are in recent years. For the mitochondria-targeted fluorescence ROS sensors, the problems, such as no response in near-infrared region, interferences from the moleculars with similar properties, and limits of the biological applications in vivo, can not be ignored. Therefore, we plane to develop 3-6 near-infrared mitochondria-targeted fluorescence ROS sensors based on cyanine or quinoline with high sensitivity and high selectivity. Meanwhile, we plan to design 3-6 new 1,8-naphthalimides derivatives to be the colorimetric or the ratiometric mitochondria-targeted ROS sensors. Based on the single-cell fluorescence recording, the exploration of the biology applications of these fluorescence sensors to realize the records in vivo and the dynamic imaging are our goals. Through all these efforts, we hope we could promote the developments of the research of mitochondria-targeted fluorescence sensing and imaging.

随着荧光检测技术的不断发展，利用荧光探针对于一些重要生物小分子的识别研究逐渐成为近期的研究重点。但是目前以线粒体为靶向，基于活性氧自由基分子(ROS)识别的荧光探针研究中，普遍存在对近红外区域响应不灵敏、性质相似化合物间信号响应干扰严重、生物活体测试研究不够深入等问题。因此，我们计划设计合成3-6种新型基于花菁荧光团及二氢喹啉荧光团，以线粒体为靶向对ROS具有选择性识别功能的近红外荧光探针，实现近红外区域检测专一性强、灵敏度高、检测极限低的检测目标；同时计划设计合成3-6种基于1,8-萘酰亚胺荧光团，以线粒体为靶向对ROS具有选择性识别功能荧光探针分子，通过引入多种信号表达机理（PET，ICT，FRET等）实现光谱比色或比率荧光；深入开展该系列荧光传感器分子的生物活体成像应用研究，实现以线粒体为靶向的ROS分子生物活体荧光成像及全过程动态成像检测。

本项目以开发线粒体为靶向的活性氧自由基检测荧光探针为主要研究目标，结合荧光探针对识别物具有高选择性、高灵敏度响应的特点，通过合理设计，得到了系列以线粒体为靶向的多功能分子，研究了该系列化合物的相关光学性质及生物学应用，取得了丰厚的科研成果。在此基础开展了针对不同细胞器及其他重要生物分子检测的荧光探针研究工作，其中包括：1. 对低氧环境中过表达酶识别的诊疗一体化荧光检测体系研究; 2. 对细胞微环境粘度具有识别作用的探针研究工作; 3. 基于含巯基的生物分子识别的荧光探针研究; 4. 对其他重要生物小分子识别的荧光探针工作；5. 基于金属配合物及金属离子识别的光学性质研究；6.总结近几年荧光探针领域的研究特点，发表了荧光传感器的综述性文章。在研究该系列荧光探针光学性质的基础上，开展了该系列荧光探针分子的生物活体成像实验，探索了其在生物学荧光成像领域的进一步应用，取得了良好的研究效果。在本项目资助期间，负责人以第一作者或通讯联系人身份，在国外SCI检索主流化学期刊中发表论文16篇。其中包括CCS Chem, Chem. Communications, Anal. Chem., Journal of Controlled Release等知名期刊，其中部分研究成果在同行内得到了较高评价也具有较高的引用率。在项目执行期间，项目负责人本人获得云南省中青年学术技术带头人称号，期间共培养博士研究生1人，硕士研究生22，其中硕士研究生毕业10人，其中多名研究生由于科研成果突出获得国家级、省级研究生奖学金。经过四年的努力工作，我们圆满地完成了该项目计划任务书要求的各项任务指标。