荧光增强型时空可控信号放大策略在亚细胞水平精准成像中的应用研究.pdfVIP

中文摘要

荧光增强型时空可控信号放大策略在亚细胞

水平精准成像中的应用研究

摘要

得益于亚细胞水平分子结构特征和生物学功能的发现，人们对亚细胞水平分

子成像的兴趣不断增加。然而，传统荧光探针由于其“始终活跃”模式的设计，

在未到达细胞器之前就会被细胞质内的目标物开启信号响应，缺乏时空可控性；

其次，由于“肿瘤外”信号的泄露以及荧光染料分子容易光漂白这些问题的存在，

将导致对目标分子的检测灵敏度大幅度降低，所以传统分子成像的方法不能满足

肿瘤亚细胞水平特异性分子高灵敏成像检测的要求。因此，开发亚细胞水平荧光

增强型的时空可控信号放大策略显得迫切需要。

基于此，本文将上转换光控技术、等离子体增强荧光技术（PEF）、细胞器

靶向技术和肿瘤特异性成像策略结合运用，开发了一种亚细胞水平分子成像策略，

实现了肿瘤细胞线粒内生物分子的高灵敏精准成像检测。具体研究内容如下：

（1）设计了光和内源性APE1触发的等离子体天线，用于提高精确肿瘤特

异性亚细胞分子成像的空间分辨率。用上转换纳米颗粒（UCNPs）和金纳米双锥

体（AuNBPs）作为基底材料。通过对基底材料进行表面改性，成功将游离的探

针以及靶向分子TPP修饰到材料表面，实现了对肿瘤细胞线粒体内目标分子ATP

的时空可控高灵敏成像检测。得益于AND门控传感机制的设计，光激活确保亚

细胞分子成像，内源性酶激活确保肿瘤特异性分子成像。此外，由于等离子体增

强荧光（PEF）信号放大技术的引入，亚细胞水平“肿瘤外”的信号泄露被有效

减少，使得肿瘤与正常细胞的区分度显著增加了11.57倍，这比之前相关报道的

倍数要高，证明了这种由光和内源性酶触发的等离子体天线在亚细胞水平上用于

肿瘤特异性分子成像的巨大前景。

2

（）本体系设计了一种荧光增强型的光控可编程链置换反应机制，结合

AND门控传感策略的同时，实现了肿瘤亚细胞水平多重分子的时空可控精准成

像。此外，归因于上转换光控技术和等离子体增强荧光技术的结合，所设计的特

定传感器与传统的传感器相比，使得亚细胞水平多重分子的检测信号增强了7.8

miRNA-494miRNA-1500.34pM

倍，对线粒体内目标分子和的检出限分别为和

0.37pM。而且，与单一目标分子成像相比，双目标分子成像的传感模式，更进

一步增强了肿瘤与正常细胞的空间分辨率，我们希望该项工作能够为精确分析亚

细胞水平miRNAs提供一种新的策略和理论指导。

关键词：亚细胞水平；时空可控；肿瘤特异性成像；AND门控传感机制；信号

放大

I

ABSTRACT

FLUORESCENCEENHANCEDSPATIOTEMPORAL

CONTROLLABLESIGNALAMPLIFICATIONSTRATEGYFOR

PRECISEIMAGINGATSUBCELLULARLEVEL

ABSTRACT

Interestinsubcellularmolecularimagingisgrowingthankstothediscoveryof

molecularstructuralfeaturesandbiologicalfunctionsatthesubcellularlevel.

However,duetothedesignofthealwaysactivemode,thetraditionalfluorescent

probewillbeswitchedonbythetargetinthecytoplasmbeforereachingtheorganelle,

whichlacksthespatiotemporalcontrolla