Biosens & Bioelectron:使用金纳米团簇选择性监测人血清和生长相关活细胞中的谷胱甘肽

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第一作者:Xiaoxue Xie

通讯作者:Haowen Huang

通讯单位:湖南科技大学

 

研究内容:

  谷胱甘肽(GSH)在生物系统中起着多种重要作用。细胞中谷胱甘肽水平的生长相关变化可能是细胞存活的关键,监测活细胞中谷胱甘肽水平对了解谷胱甘肽与某些疾病之间的动态联系具有重要意义。本文采用一种简单快速的方法制备了壳聚糖胶束模板化的金纳米团簇(CM-Au NCs),该纳米团簇能发出红色荧光,显示了壳聚糖胶束尺寸影响的聚集诱导发射(AIE)现象。独特的 CM-Au NCs可根据 CM-Au NCs AIE的反向过程,开发用于检测人血清和活细胞中谷胱甘肽的关闭荧光探针,完全不同于聚集引起猝灭(ACQ)效应的原理,能区分谷胱甘肽与其他生物硫醇(半胱氨酸和同型半胱氨酸),并能对健康人和癌症患者血清谷胱甘肽浓度进行高灵敏度定量检测。实际应用荧光CM-Au NCs进行细胞成像和谷胱甘肽水平检测,可以监测正常细胞和癌细胞在不同生长阶段谷胱甘肽水平的超痕量变化,表明癌细胞谷胱甘肽水平始终高于正常细胞。与商品化的人血清和活细胞谷胱甘肽检测试剂盒进行比较,验证了该方法的准确性和精密度。结果不仅反映了GSH在细胞生长不同阶段的变化,也证明了利用反向过程检测CM-Au NCs的AIE检测GSH的可行性。该策略将为了解谷胱甘肽与疾病之间的动态联系,阐明疾病机制提供一个平台。


要点一:

  谷胱甘肽(GSH)是哺乳动物细胞中的一种硫代三肽,是一种重要的细胞内生物硫醇。谷胱甘肽的体内异常会导致很多疾病,所以生物体内的GSH量是评估生物体健康的一个重要指标,所以,开发灵敏的检测生物系统中谷胱甘肽水平的方法将是很重要的。但传统的检测方法存在着很多局限。本文采用的CM-Au NCs具有检测线低、灵敏、特异性强等特点。是一种很好的GSH检测工具。


要点二:

  2001年唐本忠院士提出聚集诱导发光(AIE)后,促进了团簇荧光发展,和机理研究的很大进步,本文利用壳聚糖与GSH的相互作用,通过聚集诱导发光和淬灭两种机理设计了检测GSH时的的”On”和”OFF”状态。通过荧光变化检测体内GSH。

 

CM-Au纳米粒的制备和谷胱甘肽的检测示意图

 

图1:用DLS制备CM-Au纳米粒前(a)和(b)后壳聚糖胶束的流体力学直径和尺寸分布。(c):紫外光可见吸收光谱(黑线)和光发射光谱(红线,在310 nm激发下),插图显示紫外光照射下的红色荧光。(d): CM-Au纳米晶的TEM图像。

 

图2:(a): CM-Au纳米粒对谷胱甘肽(4.76 mM)的荧光反应关闭。pH值对荧光强度的影响是由(b):GSH和(c):半胱氨酸与CM-Au NCs的反应引起的。(d):该方法检测谷胱甘肽对半胱氨酸和同型半胱氨酸(4.76 mM)和一些金属离子的选择性。

 

图3: (a):不同pH值下CM-Au nc与GSH和半胱氨酸反应的粒径分布。随着GSH浓度的增加,CM-Au NCs的尺寸(b)和荧光(c)发生了变化。(d):壳聚糖胶束与谷胱甘肽、半胱氨酸和同半胱氨酸相互作用的大小和ζ势的变化。

 

图4:(a):荧光随着谷胱甘肽浓度的增加而降低。(b):荧光强度差与谷胱甘肽浓度的关系,误差条是通过三次平行实验得到的。(c):无生物硫醇人血清、半胱氨酸和同型半胱氨酸对人血清谷胱甘肽检测的影响。(d):拟议方法的恢复试验。

 

5(a): CM-Au NCsHIBEpiC的细胞毒性。HIBEpiC (b)RBE (c)的共聚焦显微图像:CM-Au纳米粒共培养2小时。图像中的比例尺为50μm


图6:HIBEpiC不同生长阶段细胞内谷胱甘肽的生物成像。图像中的比例尺为50μm。

 

参考文献:

Xie, X.; Peng, Z.; Hua, X.; Wang, Z.; Deng, K.; Yang, X.; Huang, H., Selectively monitoring glutathione in human serum and growth-associated living cells using gold nanoclusters. Biosens Bioelectron 2020, 148, 111829.


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