原位成像/追踪线粒体以及原位成像质膜超微结构的长烷基链型活细胞荧光探针的研制

发布时间：2024-04-08 03:04

　　生物荧光探针是功能材料的重要门类,在生命科学和医学基础与应用研究中起到重要作用。线粒体和细胞质膜是极其重要的细胞器,在细胞的生命活动中扮演重要角色。本论文的研究集中在以下方面:①在活性组织中直接、原位成像线粒体的荧光探针;②在活细胞中实时追踪线粒体的荧光探针;③原位成像细胞质膜的荧光探针;④同时、原位、双色区别成像细胞质膜内脂筏与非脂筏两种超微结构的荧光探针。人工体外培养的细胞与组织中的原生态细胞有很大差异。因此,在组织中直接、原位成像线粒体能够给出其更加本征、准确的信息。特别是在线粒体疾病的临床诊断中,观察病人肌肉组织中的线粒体形态和数量是一个常规检测项目。然而,由于组织中的成分比离体细胞更加复杂,对线粒体探针的选择性提出了更高的要求,现有的线粒体荧光探针无法在组织中高选择性地成像线粒体。为了解决这一问题,我们提出利用“双靶向基团”提高探针选择性的理念,在传统阳离子型线粒体探针上引入对线粒体内膜具有靶向作用的十八碳长烷基链,得到对线粒体具有超高选择性的荧光探针Mito-MOI。其中,阳离子盐作为第一个靶向基团与线粒体膜电位产生静电相互作用,同时长烷基链作为第二靶向基团,通过与磷脂的疏...

【文章页数】：199 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    引言
    1.1 荧光过程与荧光显微镜
        1.1.1 单光子荧光过程与斯托克斯位移
        1.1.2 荧光显微镜与分光技术
        1.1.3 共聚焦显微镜与分光技术
        1.1.4 双光子荧光过程与反斯托克斯位移
        1.1.5 双光子荧光显微镜与分光技术
    1.2 荧光探针的识别机理
        1.2.1 荧光探针的作用
        1.2.2 光诱导电子转移(Photoinduced Electron Transfer, PET)
        1.2.3 分子内电荷转移(Intramolecular charge transfer, ICT)
        1.2.4 荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer, FRET)
        1.2.5 激基缔/复合物(excimers/exciplexes)
        1.2.6 激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)
        1.2.7 聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)
    1.3 成像组织中线粒体探针的研究现状
        1.3.1 成像组织中线粒体的意义
        1.3.2 成像组织中线粒体探针的研究现状
    1.4 线粒体追踪型探针的研究现状
        1.4.1 追踪线粒体的意义
        1.4.2 线粒体追踪型探针的研究现状
    1.5 成像细胞质膜上脂筏/非脂筏微区探针的研究现状
        1.5.1 成像细胞质膜上脂筏/非脂筏微区的意义
        1.5.2 基于黏度原理成像细胞质膜上脂筏/非脂筏微区探针的研究现状
        1.5.3 基于极性原理成像细胞质膜上脂筏/非脂筏微区探针的研究现状
        1.5.4 基于聚集/单体原理成像细胞质膜上脂筏/非脂筏微区探针的研究现状
    1.6 本论文的主要内容和创新
    参考文献
第二章 探针的合成与表征
    2.1 原位、高保真地成像组织中线粒体探针的合成与表征
    2.2 带有长烷基链的线粒体追踪型探针的合成与表征
        2.2.1 ECPI-12的合成与表征
        2.2.2 IVPI-12的合成与表征
        2.2.3 ECPI-2的合成与表征
        2.2.4 IVPI-2的合成与表征
    2.3 双光子细胞膜探针的合成与表征
    2.4 区分成像细胞膜上脂筏/非脂筏微区探针的合成与表征
        2.4.1 DSPI-18的合成与表征
        2.4.2 DSPI-12的合成与表征
第三章 带有双靶向基团的线粒体探针用于原位高保真组织成像
    引言
    3.1 具有超高选择性的线粒体探针的设计思路
    3.2 实验方法
        3.2.1 紫外吸收谱与荧光发射谱的测试方法
        3.2.2 荧光量子产率的计算
        3.2.3 细胞培养和染色方法
        3.2.4 毒性测试
        3.2.5 活性组织染色
        3.2.6 荧光成像
    3.3 光物理性质测试
    3.4 细胞成像及复染实验
    3.5 高分辨率成像线粒体内膜
    3.6 在活细胞中快速、高保真地成像线粒体
    3.7 在活性组织中快速、高保真度地成像线粒体
    3.8 实时追踪线粒体裂分的动态过程
    3.9 光稳定性和细胞毒性测试
    3.10 小结
    参考文献
第四章 带有长烷基链的非反应型线粒体追踪探针及其在线粒体自噬观测中的应用
    引言
    4.1 非反应型线粒体追踪剂的设计思路
    4.2 实验方法
        4.2.1 光物理性质的测试方法
        4.2.2 荧光量子产率和双光子吸收截面的计算
        4.2.3 细胞培养、染色方法和组织染色
        4.2.4 毒性测试
        4.2.5 荧光成像
    4.3 单光子光物理性质
    4.4 复染实验
        4.4.1 在活细胞中的复染实验
        4.4.2 在线粒体膜电位降低的活细胞中的复染实验
        4.4.3 在固定细胞中的复染实验
    4.5 机理探讨
    4.6 毒性测试
    4.7 双光子测试
        4.7.1 双光子光物理性质测试
        4.7.2 双光子细胞成像
        4.7.3 双光子组织成像
    4.8 追踪线粒体自噬
    4.9 小结
    参考文献
第五章 双光子细胞质膜探针的设计、合成及其在生物成像中的应用
    引言
    5.1 双光子细胞质膜探针的设计思路
    5.2 实验方法
        5.2.1 紫外吸收谱与荧光发射谱的测试方法
        5.2.2 荧光量子产率和双光子吸收截面的计算
        5.2.3 细胞培养和染色方法
        5.2.4 毒性测试
        5.2.5 荧光成像
    5.3 光物理性质测试
        5.3.1 单光子光物理性质测试
        5.3.2 双光子光物理性质测试
    5.4 单/双光子成像
    5.5 ECPI-18与S-11348的共染实验和毒性实验
        5.5.1 ECPI-18与S-11348的共染实验
        5.5.2 毒性实验
    5.6 ECPI-18与Hoechst33342和MTDR的多染实验
    5.7 小结
    参考文献
第六章 区分成像细胞质膜上脂筏/非脂筏微区的荧光探针
    引言
    6.1 探针设计思路
    6.2 实验方法
        6.2.1 光物理性质的测试方法
        6.2.2 荧光量子产率的计算
        6.2.3 细胞培养和染色方法
        6.2.4 囊泡的制备和染色
        6.2.5 实彩成像方法
        6.2.6 毒性测试
        6.2.7 荧光成像
    6.3 光物理性质测试
    6.4 实彩成像人工囊泡上的脂筏/非脂筏微区
    6.5 探针对细胞质膜的选择性
    6.6 实彩成像细胞膜上的脂筏/非脂筏微区
    6.7 毒性测试
    6.8 DSPI-12和DSPI-18的内在化研究
    6.9 小结
    参考文献
第七章 总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 创新点
    7.3 工作展望:有待发展的新型荧光探针
        7.3.1 带有双靶向基团的荧光探针
        7.3.2 单分子双靶标荧光探针
        7.3.3 靶向细胞器中的超微结构的荧光探针
致谢
攻读博士学位期间取得的成果
附录
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3948386