Polymer : 新低毒荧光聚合物pH可控 有望制细胞质靶向探针

细胞是任何生命形式的基本功能单位，深入了解细胞化学是化学家和生物学家最具挑战的工作之一。荧光成像，尤其是特定的细胞器成像已经成为理解细胞增殖、迁移、分裂、融合和裂解的重要技术。荧光成像技术已然成为一种强有力的技术，使生物学研究者能够系统地、连续地跟踪细胞过程。目前已经开发了多种用于细胞成像的荧光材料，例如纳米颗粒、有机染料、荧光蛋白。但是在实践中仍然存在一些局限。例如，无机小分子可能会有潜在的引发重金属中毒的细胞毒性。迄今为止，大多数可商购的有机染料都是荧光小分子，如MitoTrackerRed CMXRos、DAPI。虽然它们是细胞器靶向探针（线粒体和细胞核），但同时它们在细胞成像过程中的易流动性、不稳定性和毒性仍然是一个问题。对此，已经有大量的研究工作试图打破这种困境，如将荧光部件与一些具有良好生物相容性的材料结合起来。

Poly(AA-TPA-d)合成路线

（来源：Polymer ）

近年来，聚合物材料由于其独特的光学性能，易于制造和成像，以及聚合诱导发射（aggregation-induced-emission，AIE）特性，而在生物医学领域引起越来越多的关注。它具有许多潜在的应用特点，比如亮度可调，良好的生物相容性，物理性质稳定的同时还可以进行生物降解。在已有的一些研究中，聚丙烯酸（Polyacrylic acid ，PAA）是一种极具潜力的聚合物，它具有可离子化的亲水性，其溶胀行为极大地依赖pH。正是由于其亲水性和pH响应的特点，使其在生物领域的应用成为可能。

不同pH下Poly(AA-TPA-d)的粒径分布和SEM图像

（来源：Polymer ）

来自中国西北师范大学化学化工学院的马恒昌、雷自强两位教授领导的课题组，以三苯胺（Triphenylamine，TPA）衍生物为荧光核，聚丙烯酸（PAA）为骨架，设计并合成出了Poly(AA-TPA-d)，并研究其在生物成像方面的应用。

不同pH下荧光变化的机理

（来源：Polymer ）

在设计合成聚合物时，研究团队先将tris(4-bromophenyl)amine和(4-vinylphenyl)boronic acid通过Suzuki反应生成得到重要的中间物N,N-bis(4-bromophenyl)-4’-vinyl-[1,1’-biphenyl]-4-amine(NBVA)，然后进行NBVA和AA之间的共聚反应，得到前体聚合物Poly(AA-NBVA)。最后通过Poly(AA-NBVA)和methyl acrylate之间的Heck反应，得到了最终产物Poly(AA-TPA-d)。此外还合成了(2E, 2’E, 2’’E)-trimethyl 3, 3’,3’’-(nitrilotris(benzene-4, 1-diyl)) triacrylate (TNBT)用于FT-IR光谱对比研究，以确定聚合物表面官能团。使用GPC测定聚合物的数均分子量（Mn）和多分散性指数（PDI）。

Poly(AA-TPA-d)染色后A549细胞荧光图像(50 μg/mL) 

（来源：Polymer ）

在接下来的研究发现，通过将pH响应的PAA与AIE活性TPA衍生物结合而合成出的聚合物Poly(AA-TPA-d)具有良好的水溶性和生物相容性，同时还有pH响应荧光变化。设计出的目标聚合物可以利用氢键和丙烯酸甲酯基团的C =O··π相互作用成功地形成水凝胶。考虑到Poly(AA-TPA-d)显示出的优异荧光性能以及低细胞毒性，该材料可以被用作细胞成像的生物探针。显然，由于其低细胞毒特性，Poly(AA-TPA-d)很容易被MPC5细胞内化吸收，而且研究发现它拥有细胞质特异性。因此，Poly(AA-TPA-d)显示出在用作细胞质靶向探针方面具有非常巨大的应用潜力。另外，将具有生物相容性的PAA与AIE活性荧光素相结合的发展策略也为将来设计一些新的生物相容性探针提供了创造性的意见。

马恒昌教授简介

https://www.nwnu.edu.cn/aarticle.do?id=14111

雷自强教授简介

https://www.nwnu.edu.cn/aarticle.do?id=14063

论文链接：

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003238611731087X

了解更多最全、最新论文快讯

登录CBG官网（www.chembeango.com）

下载ChemBeanGo APP

CBG资讯 ∣知识就是力量