...成像再添新技術:鞠熀先教授提出細胞膜蛋白成像的電致化學發光...

2020-12-07 澎湃新聞

昨日小南推文

電致化學發光（ECL）集成化學發光高靈敏度和電化學電位可控性的優點，在分析化學與臨床醫學中得到廣泛的應用。其中，基於釕聯吡啶衍生物的ECL免疫分析方法是疾病標誌物檢測的主要手段之一。針對生物檢測與生命科學研究的需求，ECL新體系的開發已成為該領域長期的研究主題。

量子點（QDs）具有尺寸可控、高發光效率和窄的發射光譜，並在2002年被發現是一種理想的ECL發光體（Science 2002, 296, 1293）。化學化工院鞠熀先教授研究團隊用簡單方法解決量子點凝聚問題，首次在水相體系中實現了QDs的ECL，並將其用於共反應劑的化學傳感（Anal. Chem. 2004, 76, 6871），製得第一支量子點ECL生物傳感器（Chem. Commun. 2007, 404），構建了QDs ECL的能量轉移、電子轉移新機制，發現了新的ECL共反應劑，建立了小分子、DNA、蛋白質和糖基的ECL檢測方法（Anal. Chem. 2007, 79, 6690；2007, 79, 8055；2008, 80, 5377；Chem. Commun. 2010, 46, 5446), 並研製出低ECL電位的量子點（Anal. Chem. 2010, 82, 3359），發展了生物標誌物的免疫分析新方法（Anal. Chem. 2010, 82, 7351；2011, 83, 5214；2013, 83, 5390）。

然而，QDs的毒性限制了其在細胞與活體傳感中的應用。近年來，該團隊聚焦於低毒性、高生物相容性的聚合物量子點（Pdots），不斷提高其ECL發光效率，拓展其生物應用。他們首先合成噻咯-咔唑偶聯的Pdots（Anal. Chem. 2016, 88, 845）和釕聯吡啶摻雜的Pdots，提出了雙ECL增強策略（Anal. Chem. 2017, 89, 7659），發展了電子受體-電子供體-聚集發光基團偶聯的高效ECL發光體（J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 5296）和Pdots雙分子內共振能量轉移的ECL體系（Chem. Sci. 2019, 10, 6815），構建了金屬離子（Anal. Chem. 2018, 90, 1202）和多種疾病標誌物（Anal. Chem. 2018, 90, 7708）高通量可視化成像檢測方法。

由於對高濃度共反應劑的需求及其中間體短壽命的限制和對細胞的損傷，ECL技術難以在細胞與活體檢測中得到應用。開發高發光效率、低細胞毒性和無外加共反應劑的ECL發光體系自然成為該領域的迫切需求。近期，鞠熀先教授研究團隊利用共軛結構中分子內雙電子轉移增強的機理，設計了一種共反應劑內嵌的Pdots，開發了無需外加共反應劑而ECL強度則是分子間電子轉移體系在等濃度時132倍的ECL發光體系，其ECL效率甚至高於經典的釕聯吡啶-共反應劑體系，從而實現了單個活細胞膜蛋白的無試劑ECL成像檢測。

該Pdots的製備首先將2,2-(9,9-雙(6-溴代己基)-9氫-芴-2,7-二基)雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷)與4,7-二溴苯並[c][1,2,5]噻二唑在100 oC聚合，生成聚4-(9,9-雙(6-溴己基)-9H-芴-2-基)苯並[c] [1,2,5]噻二唑；再與二乙胺反應，生成三乙胺偶聯的聚合物TEA-PFBT；進一步與苯乙烯-馬來酸酐共聚物（PSMA）通過納米共沉澱得到表面含三乙胺的聚合物點(TEA-Pdots)（圖1A）。Pdots表面有豐富的修飾位點，具有細胞毒性低、ECL發光強度高的特點。通過與鏈黴親和素（SA）偶聯，利用和生物素標記抗體與細胞表面相應待測分子及SA的雙識別作用，可將Pdots標記到細胞表面待測分子上，在無需外加共反應劑且無需額外的通透處理的條件下，實現對細胞膜表面特異性蛋白的原位成像檢測（圖1B）。通過對活細胞表面人表皮生長因子受體-2（HER2）的無試劑ECL成像檢測，該技術已成功地用於藥物對膜蛋白調控的評估。這一工作為ECL在單細胞分析和生命活動動態研究中的應用開闢了新的途徑。

上述相關成果已以「Dual Intramolecular Electron Transfer for In Situ Coreactant-Embedded Electrochemiluminescence Microimaging of Membrane Protein」為題於9月21日在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202011176）在線發表。博士生王寧寧為該工作的第一作者，鞠熀先教授為通訊作者。

圖1.（A）共反應劑內嵌的Pdots的合成路線，（B）Pdots用於單細胞表面HER2檢測的ECL顯微成像原理圖。

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來源：科技處、南京大學新聞網

原標題：《探索·收穫！細胞成像再添新技術：鞠熀先教授提出細胞膜蛋白成像的電致化學發光方法》

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