[發明專利]一種線粒體粘度探針及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111028020.6
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113620963B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 張洪星;劉景;郭煒
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C07D487/14
• 分類號: C07D487/14;C09K11/06;G01N11/00
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 郭海燕

本發明涉及熒光探針領域，具體涉及一種線粒體粘度探針及其制備方法和應用。為解決大多數粘度探針缺乏線粒體靶向能力的問題，本發明的探針是由碳二吡咯甲烷染料(Cardipy)與苯環經化學反應偶聯制得。由于苯環的旋轉導致的非輻射躍遷過程，探針本身僅有較弱的熒光信號；隨著粘度增加，苯環旋轉導致的非輻射躍遷過程被有效抑制，探針表現出強熒光信號。此外，該探針探針具有好的水溶性、高的化學及光穩定性以及優良的線粒體靶向能力，成功用于檢測藥物誘導前后細胞線粒體中粘度的變化。

技術領域

本發明涉及熒光探針領域，具體涉及一種線粒體粘度探針及其制備方法和應用。

背景技術

細胞微環境主要包括粘度、極性、溫度、缺氧、酸堿性等，微環境的穩定是保持細胞正常增殖、分化、代謝和功能活動的重要條件。其中，細胞粘度是反映蛋白質、脂類和多糖等物質流動狀態的重要參數，對細胞內生物分子間的信號傳遞和相互作用具有重要意義，此外，細胞粘度還影響細胞功能的執行，如凋亡和自噬；異常的細胞粘度與各種疾病密切相關，如阿爾茨海默病、糖尿病和癌癥。線粒體是熒光生物影像研究最受關注的亞細胞器之一，該細胞器是細胞呼吸作用的主要場所，除了為細胞供能量外，還參與細胞分化、信息傳遞、凋亡、生長調控等過程。線粒體的粘度在調節生物過程中起著重要作用，反映了細胞器的狀況和功能；異常的線粒體粘度會導致細胞障礙或嚴重的疾病，例如，線粒體粘度的增加降低了電子傳遞鏈的活性，促進了細胞色素C的釋放，最終增加了惡性腫瘤和動脈粥樣硬化的發生。長期以來，人們一直推測異常的線粒體粘度與神經退行性疾病、動脈粥樣硬化和糖尿病相關。因此，實時原位監測細胞粘度的變化對于了解細胞功能的表現和闡明相關疾病的發展機制具有重要意義。

傳統的粘度計(如毛細管粘度計、旋轉粘度計和落球粘度計)僅適用于檢測流體的粘度，而不適用于檢測生物體。熒光技術由于其固有的可視化、非侵入性、敏感性和實時監測等優點，成為研究生物現象的最強大的細胞生物學工具之一。利用這種技術，可以以高時空分辨率實現活細胞或整個生物體中各種生物物種的成像和跟蹤，這在很大程度上提高了我們對生物系統的理解，也促進了藥物開發、臨床診斷和疾病治療。目前，大量粘度熒光探針被報道，它們的化學結構通常是由熒光團結合一個相對于整個分子可以旋轉的基團組成。在低粘度條件下，快速的旋轉消耗了分子的激發態能量，探針以非輻射形式躍遷回到基態，導致低的熒光量子產率和短的熒光壽命；隨著粘度的增加，旋轉得到有效抑制，降低了非輻射躍遷的可能性，探針的熒光得以恢復。然而，目前報道的大多數粘度探針由于缺乏線粒體靶向能力，在細胞中顯示出非特異性分布，為了使該類探針定位于線粒體，不得不在其結構中引入額外的靶向基團(如三苯基膦鹽和季銨鹽)。在本發明中，我們開發了一個新型的粘度探針，該探針具有水溶性好、化學和光穩定性強等優點；重要的是，由于正離子的特性，該探針具有優良的水溶性、細胞膜穿透性和天然的線粒體靶向性。該探針成功用于檢測藥物誘導下細胞內線粒體的粘度變化。

發明內容

針對上述問題本發明提供了一種具有線粒體靶向能力的粘度熒光探針及其制備、應用，該探針是由碳二吡咯甲烷染料(Cardipy)與苯環經化學反應偶聯制得。由于苯環的旋轉導致的非輻射躍遷過程，探針本身僅有較弱的熒光信號；隨著粘度增加，苯環旋轉導致的非輻射躍遷過程被有效抑制，探針表現出強熒光信號。此外，該探針具有好的水溶性、高的化學及光穩定性以及優良的線粒體靶向能力，成功用于檢測藥物誘導前后細胞線粒體中粘度的變化。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種線粒體粘度探針，其結構式為：

一種所述線粒體粘度探針的制備方法，包括以下步驟：

(1)在氮氣下，將2，4-二甲基吡咯(化合物1)和氫氧化鉀溶于溶劑中，攪拌后加入二氯甲烷反應，反應液冷卻至室溫后，加入水，萃取水層，洗滌合并的有機相，干燥，粗品經柱色譜分離得到雙(2,4-二甲基-1H-吡咯-1-基)甲烷(化合物2)；