2015年7月20-24日，“第十七屆國際生物無機(jī)化學(xué)會(huì)議”在北京國家會(huì)議中心盛大召開。本次會(huì)議由中國化學(xué)會(huì)和國家自然科學(xué)基金委員會(huì)主辦，北京航空航天大學(xué)承辦，會(huì)議以“生物無機(jī)化學(xué)：交叉和合作”為主題，設(shè)立5個(gè)分會(huì)場(chǎng)和若干衛(wèi)星會(huì)，5個(gè)分會(huì)場(chǎng)又分別包含二到四個(gè)主題。會(huì)議規(guī)模大，參會(huì)人員來自世界不同國家的高等院校、化學(xué)或生物及相關(guān)領(lǐng)域的科研院所，具有很強(qiáng)的代表性和前瞻性。而面對(duì)無機(jī)生物化學(xué)領(lǐng)域如此眾多的前沿研究方向，筆者更關(guān)注的是與疾病相關(guān)的金屬離子的熒光成像技術(shù)。

實(shí)際上，金屬離子對(duì)于機(jī)體的很多生命活動(dòng)都是十分重要和必要的，細(xì)胞內(nèi)金屬離子動(dòng)態(tài)平衡一旦失調(diào)就可能導(dǎo)致許多疾病，比如神經(jīng)退行性疾病、癌癥和糖尿病等。已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)退行性疾病患者的腦組織中有過渡金屬離子的過多累積，比如銅、鋅和鐵離子。因此，如何獲取這些金屬離子在組織、細(xì)胞，甚至是細(xì)胞器中的分布和含量信息，對(duì)于理解某些疾病以及新的診斷方法的開發(fā)就顯得尤為重要。

而熒光成像可通過一種非接觸和無損傷的方式，為我們提供一種檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)金屬離子的獨(dú)特方法，這種方法有很高的空間和時(shí)間準(zhǔn)確性。在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，該方法在進(jìn)一步理解金屬離子的生理和病理功能方面具有廣闊的應(yīng)用前景。具體到熒光成像中的一個(gè)重要元素——熒光探針而言，它應(yīng)具備以下幾個(gè)功能：對(duì)于目標(biāo)金屬離子的高選擇性、對(duì)金屬離子濃度原位定量分析的寬的動(dòng)態(tài)范圍，以及描述金屬離子在細(xì)胞內(nèi)分布的細(xì)胞器靶向能力。

當(dāng)前對(duì)于熒光探針的研究也主要集中在如何提高探針的靈敏度和選擇性，擴(kuò)展可檢測(cè)金屬離子的范圍，發(fā)展新的檢測(cè)機(jī)理等方面。以上這些趨勢(shì)從本次會(huì)議的相關(guān)報(bào)告中也可略見端倪。

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Christopher J. Chang博士當(dāng)前正在開發(fā)一種新的分子成像方法，以用于研究調(diào)控大腦活動(dòng)背后的化學(xué)原因。他的報(bào)告向聽眾展示了過渡金屬和活性氧、硫、碳等作為新的化學(xué)信號(hào)來源方面的研究發(fā)現(xiàn)，以及它們對(duì)于神經(jīng)回路的影響。此外，據(jù)筆者會(huì)下了解，該課題組還開發(fā)出一種新型銅離子探針—CF3，這種探針在敏感性和親水性方面均有提高，可以分別用于單光子和雙光子成像。據(jù)悉，他們已經(jīng)將這種新探針用于共聚焦或雙光子成像掃描，以檢測(cè)大鼠海馬組織和視網(wǎng)膜組織中的銅離子。

Christopher J. Chang

光活性分子的光解對(duì)于追蹤細(xì)胞功能的復(fù)雜性和其動(dòng)力學(xué)過程很有幫助，但目前大多數(shù)光解系統(tǒng)依賴于高強(qiáng)度紫外線或可見光來激發(fā)光活化過程。但是，短波長的光照射不可避免地會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷，并且組織穿透性較低，這些都限制了短波長光源在體內(nèi)和體外生物系統(tǒng)研究中的應(yīng)用。南洋理工大學(xué)的邢本剛博士為我們帶來了一種解決上述問題的方法，該研究小組將多功能的生物活性官能團(tuán)與鑭系摻雜的納米粒子結(jié)合形成顆粒共軛物。在近紅外光(NIR)照射下，經(jīng)由這些顆粒共軛物轉(zhuǎn)化得到的銳利短發(fā)射光波能夠有效地活化成像探針或相關(guān)載荷分子，因此產(chǎn)生明顯的原位成像信號(hào)，或是得到針對(duì)體外和體內(nèi)處理活化的有效功能。這種新平臺(tái)有利于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中前藥活化的靶向控制，更重要的是可以在疾病早期治療干預(yù)中做到實(shí)時(shí)成像。 

邢本剛

當(dāng)前，不穩(wěn)定Zn2+和硫化氫已被作為可產(chǎn)生光致信號(hào)的無機(jī)家族新成員。南京大學(xué)何衛(wèi)江博士在報(bào)告中介紹了采用不同的策略來開發(fā)比例計(jì)量型熒光探針，以用于Zn2+和硫化氫的定量成像。這種比例計(jì)量成像顯示出了對(duì)于Zn2+和硫化氫的誘人的選擇性，從而可提供關(guān)于上述兩種物質(zhì)的更準(zhǔn)確信息，對(duì)滿足不同研究和促進(jìn)它們?cè)谏餆o機(jī)化學(xué)的發(fā)展方面具有十分重要的意義。

何衛(wèi)江

印度塔塔基礎(chǔ)研究所化學(xué)科學(xué)系的Ankona Datta博士的報(bào)告主要圍繞Mn2+熒光探針。由于Mn2+與已知配體的親和力比較低，并且Mn2+可以順磁淬滅熒光染料，所以設(shè)計(jì)選擇性Mn2+熒光探針依然是一個(gè)挑戰(zhàn)。該研究小組將五氮大雜環(huán)配體（該五氮大雜環(huán)配體包含含氧的“手臂”）與一個(gè)BODIPY類熒光標(biāo)簽結(jié)合，這樣一來，熒光染料初始時(shí)被淬滅，而一旦與Mn2+鍵合，則可以得到相當(dāng)不錯(cuò)的熒光信號(hào)強(qiáng)度的增強(qiáng)。

Ankona Datta

北京大學(xué)的張俊龍博士課題組研究興趣集中在開發(fā)發(fā)光金屬—Salen(螯合席夫堿)配合物，來用作熒光成像試劑。他們的探針選擇鋅作為金屬發(fā)光配合物的中心金屬，用于活細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的單分子成像。同時(shí)，該課題組也深入細(xì)致地研究了金屬種類和細(xì)胞攝取以及亞細(xì)胞分布之間的關(guān)系。

張俊龍

為了避免采用時(shí)間選通成像技術(shù)而導(dǎo)致的自體熒光，來自韓國梨花女子大學(xué)Youngmin You博士的研究小組開發(fā)了基于環(huán)金屬銥(Ⅲ)配合物的磷光探針。譬如，他們將金屬-螯合-二（2-吡啶甲基）氨基類受體引入到Ir(Ⅲ))復(fù)合物來制備Zn(Ⅱ)探針。此外，該研究小組還開發(fā)出針對(duì)具有氧化還原活性的Cu(Ⅱ)離子和 Cr(Ⅲ)離子的比例計(jì)量型磷光探針，以及可用于氧的光敏化過程和細(xì)胞器熒光染色的多功能磷光標(biāo)簽。

Youngmin You

為了考察不穩(wěn)定銅離子池在一個(gè)生物環(huán)境中的性質(zhì)，佐治亞理工學(xué)院Christoph J. Fahrni博士的研究小組開發(fā)了一套Cu(Ⅰ)選擇性熒光探針和親和標(biāo)物。通過對(duì)配體結(jié)構(gòu)和熒光標(biāo)簽性質(zhì)系統(tǒng)的優(yōu)化（關(guān)鍵步驟），得到了一個(gè)具有180倍熒光對(duì)比度的Cu(Ⅰ)選擇性熒光探針，相應(yīng)地，其檢出限可低至亞ppt范圍。

Christoph J. Fahrni

  編者按：

可以預(yù)見，金屬離子探針未來的發(fā)展趨勢(shì)是更多學(xué)科將參與進(jìn)來，同時(shí)也需要生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)，這就要求化學(xué)家和生物學(xué)家之間能夠更加密切的合作。雖然存在挑戰(zhàn)，但是為了能完全理解金屬離子的功能，獲得一個(gè)完整生物體內(nèi)金屬離子動(dòng)態(tài)平衡的成像是很有意義的，也是很有趣的。目前，對(duì)于精準(zhǔn)的細(xì)胞器定位，標(biāo)準(zhǔn)的熒光顯微鏡可達(dá)到的空間分辨率仍然是比較低的。然而，近期的超分辨率熒光顯微技術(shù)的發(fā)展，為熒光探針創(chuàng)造了前所未有的新的發(fā)展可能?？梢灶A(yù)計(jì)，在未來數(shù)年內(nèi)，金屬離子熒光探針的研究將得到更加快速的發(fā)展。

 編輯：史秀明

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