新型荧光探针在低丰度肿瘤标志物电泳成像检测中的应用研究

重要生物样品中低丰度肿瘤标志物的检测在疾病诊断与研究中有重要意义，是蛋白质组学研究的瓶颈问题。本项目针对这一生命科学中的重要难题开展研究，通过合成小分子荧光探针包括吲唑酮类衍生物和二甲氨基苯系衍生物（如： 4-（6,6-二甲基-4-氧-3-甲基-4,5,6,7-四氢-1-吲唑）-2-[1-（4-反式-羟基环己烷）氨基]苯甲酰和DHDMAC（2,4-二羟基-4'-二甲氨基查耳酮）），以及合成贵金属纳米簇、碳与硅量子点荧光探针等，通过研究荧光探针的修饰及其与蛋白质的相互作用，结合凝胶电泳荧光成像检测技术，实现对血清中低丰度肿瘤标志蛋白质的高灵敏度检测。在此基础上，针对甲状腺癌、肝癌以及乳腺癌这三种特定疾病所涉及的重要低丰度肿瘤标志蛋白质进行成像分析。为蛋白质组学提供新型、灵敏度高、实用性强的分析方法、为恶性肿瘤的早期诊断及发病机制研究提供有效的研究手段。

研究低丰度肿瘤标志物的荧光分析方法，并应用于凝胶电泳成像检测以及细胞样品的高灵敏度检测，对于癌症的早期诊疗具有重要意义。基于这一科学目标，在项目执行期间，我们设计了一系列检测低丰度肿瘤标志物及相关重要生物物质的荧光探针，并建立了基于这些新型荧光探针的高灵敏度、高选择性分析方法。取得了以下有学术意义和实际应用价值的研究成果：（1） 新型小分子荧光探针的合成及其在电泳成像中的应用。近年来，基于聚集诱导荧光（AIE）效应和基于分子内电荷转移（ICT）效应的荧光探针在生化分析领域内得到广泛关注。本项目设计合成了系列新型AIE效应荧光探针BSPSA、基于聚集诱导发光效应的比率型纳米有机复合荧光探针和ICT效应的查尔酮及系列衍生物荧光探针DHDMAC等，并成功将它们应用到了凝胶电泳成像检测中。这些荧光成像法不仅操作步骤简单，灵敏度高，还可以检测出一些传统方法检测不到的中低丰度的肿瘤和疾病标志蛋白。此外，BSPSA探针还可以用于监测促红细胞生成素三级结构的展开过程。（2）新型纳米荧光探针在低丰度肿瘤标志物识别与检测中的应用。为了克服传统的小分子荧光探针生物毒性大、量子产率低、水溶性差等不足，本项目设计并合成了碳量子点、贵金属纳米簇等以及由其组成的荧光纳米传感器阵列等纳米荧光探针，详细探究了从荧光探针的制备到其与蛋白质之间的相互作用等问题，实现了对人血清中低丰度肿瘤标志蛋白质的高灵敏度检测。基于纳米荧光探针的成像结果可以直观地反映出癌症病人与健康人血清之间的区别。（3）新型多功能靶向纳米荧光探针的设计、合成及应用。多功能靶向识别生物标志物的纳米荧光探针的设计与合成是生命科学应用领域中的一大热点。本项目在上述研究基础上，针对与肿瘤发病机制密切相关的重要生物标志物，开展了基于上转换纳米材料的多功能靶向光敏剂、具有叶酸受体靶向识别功能的碳量子点、基于激元共振荧光增强效应的纳米近红外荧光探针等探索性研究。这些靶向荧光探针在复杂生物样品中不仅具有荧光背景低、灵敏度高等优势，还可以避免假阳性信号干扰。上述研究成果为生物传感、细胞成像、光动力治疗等生命科学领域提供了潜在的研究工具和手段。在本项目的支持下，在Anal. Chem.，Chem. Commun.，Adv. Funct. Mater.， Biosens. Bioelectron.，等国际学术刊物上共发表SCI论文36篇。