[发明专利]一种线粒体粘度探针及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及荧光探针领域，具体涉及一种线粒体粘度探针及其制备方法和应用。为解决大多数粘度探针缺乏线粒体靶向能力的问题，本发明的探针是由碳二吡咯甲烷染料(Cardipy)与苯环经化学反应偶联制得。由于苯环的旋转导致的非辐射跃迁过程，探针本身仅有较弱的荧光信号；随着粘度增加，苯环旋转导致的非辐射跃迁过程被有效抑制，探针表现出强荧光信号。此外，该探针探针具有好的水溶性、高的化学及光稳定性以及优良的线粒体靶向能力，成功用于检测药物诱导前后细胞线粒体中粘度的变化。

技术领域

本发明涉及荧光探针领域，具体涉及一种线粒体粘度探针及其制备方法和应用。

背景技术

细胞微环境主要包括粘度、极性、温度、缺氧、酸碱性等，微环境的稳定是保持细胞正常增殖、分化、代谢和功能活动的重要条件。其中，细胞粘度是反映蛋白质、脂类和多糖等物质流动状态的重要参数，对细胞内生物分子间的信号传递和相互作用具有重要意义，此外，细胞粘度还影响细胞功能的执行，如凋亡和自噬；异常的细胞粘度与各种疾病密切相关，如阿尔茨海默病、糖尿病和癌症。线粒体是荧光生物影像研究最受关注的亚细胞器之一，该细胞器是细胞呼吸作用的主要场所，除了为细胞供能量外，还参与细胞分化、信息传递、凋亡、生长调控等过程。线粒体的粘度在调节生物过程中起着重要作用，反映了细胞器的状况和功能；异常的线粒体粘度会导致细胞障碍或严重的疾病，例如，线粒体粘度的增加降低了电子传递链的活性，促进了细胞色素C的释放，最终增加了恶性肿瘤和动脉粥样硬化的发生。长期以来，人们一直推测异常的线粒体粘度与神经退行性疾病、动脉粥样硬化和糖尿病相关。因此，实时原位监测细胞粘度的变化对于了解细胞功能的表现和阐明相关疾病的发展机制具有重要意义。

传统的粘度计(如毛细管粘度计、旋转粘度计和落球粘度计)仅适用于检测流体的粘度，而不适用于检测生物体。荧光技术由于其固有的可视化、非侵入性、敏感性和实时监测等优点，成为研究生物现象的最强大的细胞生物学工具之一。利用这种技术，可以以高时空分辨率实现活细胞或整个生物体中各种生物物种的成像和跟踪，这在很大程度上提高了我们对生物系统的理解，也促进了药物开发、临床诊断和疾病治疗。目前，大量粘度荧光探针被报道，它们的化学结构通常是由荧光团结合一个相对于整个分子可以旋转的基团组成。在低粘度条件下，快速的旋转消耗了分子的激发态能量，探针以非辐射形式跃迁回到基态，导致低的荧光量子产率和短的荧光寿命；随着粘度的增加，旋转得到有效抑制，降低了非辐射跃迁的可能性，探针的荧光得以恢复。然而，目前报道的大多数粘度探针由于缺乏线粒体靶向能力，在细胞中显示出非特异性分布，为了使该类探针定位于线粒体，不得不在其结构中引入额外的靶向基团(如三苯基膦盐和季铵盐)。在本发明中，我们开发了一个新型的粘度探针，该探针具有水溶性好、化学和光稳定性强等优点；重要的是，由于正离子的特性，该探针具有优良的水溶性、细胞膜穿透性和天然的线粒体靶向性。该探针成功用于检测药物诱导下细胞内线粒体的粘度变化。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种具有线粒体靶向能力的粘度荧光探针及其制备、应用，该探针是由碳二吡咯甲烷染料(Cardipy)与苯环经化学反应偶联制得。由于苯环的旋转导致的非辐射跃迁过程，探针本身仅有较弱的荧光信号；随着粘度增加，苯环旋转导致的非辐射跃迁过程被有效抑制，探针表现出强荧光信号。此外，该探针具有好的水溶性、高的化学及光稳定性以及优良的线粒体靶向能力，成功用于检测药物诱导前后细胞线粒体中粘度的变化。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种线粒体粘度探针，其结构式为：

一种所述线粒体粘度探针的制备方法，包括以下步骤：

(1)在氮气下，将2，4-二甲基吡咯(化合物1)和氢氧化钾溶于溶剂中，搅拌后加入二氯甲烷反应，反应液冷却至室温后，加入水，萃取水层，洗涤合并的有机相，干燥，粗品经柱色谱分离得到双(2,4-二甲基-1H-吡咯-1-基)甲烷(化合物2)；