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J. Am. Chem. Soc. 主客体识别对细胞内多种神经递质生物传感
2022年02月23日 阅读次数：次
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12959
神经递质在维持生理过程中起着重要作用，如调节代谢、参与神经调节和影响器官功能等。由于神经递质分子结构以及氧化还原电位高度相似，在生理条件下实现多种神经递质同时检测，仍然是一个巨大的挑战。华东师范大学田阳教授团队已经提出了超分子荧光传感模式识别策略, 开发的CN-DFP5超分子传感器阵列与七种神经递质产生了不同的荧光反应识别模式，利用主成分分析(PCA)来处理相应的荧光信号，实现了对七种神经递质的高通量识别。
针对上述问题，田阳教授团队首先设计并合成了一种双功能化的柱[5]芳烃（CN-DFP5），CN-DFP5的上缘和下缘分别修饰了硼酸和香豆素衍生化的荧光识别基团，在此基础上建立了一个荧光传感器阵列。本工作选择了7种神经递质作为研究模型，并将它们分为三类（儿茶酚类、单胺类和电荷类神经递质）。CN-DFP5与这7种神经递质主要通过三种作用模式结合：(i) CN-DFP5上缘的硼酸基团可以通过缩合反应捕获儿茶酚型神经递质(DA, NE, Ep)；(ii)下边缘的醛基香豆素基团通过醛胺缩合反应与单胺类的神经递质(HA, 5-HT, DA, NE, Glu)结合；(iii) CN-DFP5的富电子腔可以通过静电作用结合带电神经递质(Ach)。
图1. (a) 待测的七种神经递质. (b)香豆素-萘酰亚胺衍生化柱[5]芳烃 (CN-DFP5)的合成策略. (c) CN-DFP5与三类神经递质的相互作用模式.
因此，开发的CN-DFP5超分子传感器阵列与七种神经递质产生了不同的荧光反应识别模式，利用主成分分析(PCA)来处理相应的荧光信号，实现了对七种神经递质的高通量识别。CN-DFP5超分子传感器阵列不仅对生物流体中的神经递质表现出高灵敏度，而且成功地对活体神经元中的七种神经递质进行了成像和生物传感。
图2. CN-DFP5传感器阵列对神经递质进行荧光模式识别。(a) 伪色图. (b) 雷达图. (c) CN-DFP5传感器阵列对七种神经递质的PCA图。
图3. CN-DFP5探针对活体神经元中的神经递质的识别. (a) CN-DFP5和Cell-Tracker Red的共定位研究。(b) CN-DFP5和DA、NE、Ep、HA、5-HT、Glu、Ach共同培养的神经元的双光子荧光成像。(c) 435和535 nm两通道的相应荧光变化柱状图。(d) CN-DFP5传感器阵列对神经元细胞中七种神经递质的反应的PCA图。(e）用CN-DFP5探针标记的AD小鼠大脑海马区的三维单光子和双光子荧光成像.
这项工作提供了一种新的超分子传感器阵列，用于识别活体系统中的多种神经递质，这将有助于理解大脑事件和促进神经元疾病的非侵入性诊断。 并且该模式识别策略可以很容易地扩展到识别其他活性分子，如氨基酸、蛋白质等。这一成果近期发表在ACS出版集团期刊J. Am. Chem. Soc.，文章的第一作者是华东师范大学梅雨潇，通讯作者为华东师范大学何晓研究员和田阳教授。
神经递质在维持生理过程中起着重要作用，如调节代谢、参与神经调节和影响器官功能等。由于神经递质分子结构以及氧化还原电位高度相似，在生理条件下实现多种神经递质同时检测，仍然是一个巨大的挑战。华东师范大学田阳教授团队已经提出了超分子荧光传感模式识别策略, 开发的CN-DFP5超分子传感器阵列与七种神经递质产生了不同的荧光反应识别模式，利用主成分分析(PCA)来处理相应的荧光信号，实现了对七种神经递质的高通量识别。
针对上述问题，田阳教授团队首先设计并合成了一种双功能化的柱[5]芳烃（CN-DFP5），CN-DFP5的上缘和下缘分别修饰了硼酸和香豆素衍生化的荧光识别基团，在此基础上建立了一个荧光传感器阵列。本工作选择了7种神经递质作为研究模型，并将它们分为三类（儿茶酚类、单胺类和电荷类神经递质）。CN-DFP5与这7种神经递质主要通过三种作用模式结合：(i) CN-DFP5上缘的硼酸基团可以通过缩合反应捕获儿茶酚型神经递质(DA, NE, Ep)；(ii)下边缘的醛基香豆素基团通过醛胺缩合反应与单胺类的神经递质(HA, 5-HT, DA, NE, Glu)结合；(iii) CN-DFP5的富电子腔可以通过静电作用结合带电神经递质(Ach)。
图1. (a) 待测的七种神经递质. (b)香豆素-萘酰亚胺衍生化柱[5]芳烃 (CN-DFP5)的合成策略. (c) CN-DFP5与三类神经递质的相互作用模式.
因此，开发的CN-DFP5超分子传感器阵列与七种神经递质产生了不同的荧光反应识别模式，利用主成分分析(PCA)来处理相应的荧光信号，实现了对七种神经递质的高通量识别。CN-DFP5超分子传感器阵列不仅对生物流体中的神经递质表现出高灵敏度，而且成功地对活体神经元中的七种神经递质进行了成像和生物传感。
图2. CN-DFP5传感器阵列对神经递质进行荧光模式识别。(a) 伪色图. (b) 雷达图. (c) CN-DFP5传感器阵列对七种神经递质的PCA图。
图3. CN-DFP5探针对活体神经元中的神经递质的识别. (a) CN-DFP5和Cell-Tracker Red的共定位研究。(b) CN-DFP5和DA、NE、Ep、HA、5-HT、Glu、Ach共同培养的神经元的双光子荧光成像。(c) 435和535 nm两通道的相应荧光变化柱状图。(d) CN-DFP5传感器阵列对神经元细胞中七种神经递质的反应的PCA图。(e）用CN-DFP5探针标记的AD小鼠大脑海马区的三维单光子和双光子荧光成像.
这项工作提供了一种新的超分子传感器阵列，用于识别活体系统中的多种神经递质，这将有助于理解大脑事件和促进神经元疾病的非侵入性诊断。 并且该模式识别策略可以很容易地扩展到识别其他活性分子，如氨基酸、蛋白质等。这一成果近期发表在ACS出版集团期刊J. Am. Chem. Soc.，文章的第一作者是华东师范大学梅雨潇，通讯作者为华东师范大学何晓研究员和田阳教授。