隨著我國空間站的成功建立，宇航員的空間活動(dòng)日趨頻繁，空間特殊環(huán)境對(duì)宇航員身體健康的影響必須高度關(guān)注。微重力作為空間特殊環(huán)境之一會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響，其機(jī)理的研究對(duì)宇航員的健康保障十分重要。微重力可誘導(dǎo)人體細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，在地面模擬微重力（SMG）條件下進(jìn)行細(xì)胞氧化應(yīng)激的研究具有重要意義。氧化應(yīng)激中過氧化氫（H2O2）濃度可發(fā)生異常，開發(fā)一種H2O2的可視化監(jiān)測(cè)方法具有意義，但模擬微重力實(shí)驗(yàn)需要在特殊的儀器中進(jìn)行，需要快速簡便的檢測(cè)方法來簡化實(shí)驗(yàn)過程；另一方面，由于失重環(huán)境對(duì)生命體造成的影響具有累積效應(yīng)，長期多時(shí)間點(diǎn)的監(jiān)測(cè)需求必不可少。因此探索一種能夠用于在SMG下對(duì)活細(xì)胞氧化應(yīng)激中內(nèi)源性H2O2進(jìn)行快速檢測(cè)和長期監(jiān)測(cè)的可視化方法具有重要意義。
圖1. 利用AIE探針對(duì)模擬微重力下內(nèi)源性H2O2進(jìn)行監(jiān)測(cè)的示意圖。
聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）材料/探針具有光穩(wěn)定性好、免洗等優(yōu)點(diǎn)，與模擬失重效應(yīng)的長期快速監(jiān)測(cè)需求契合。北京理工大學(xué)鄧玉林教授和黎朝特別副研究員與香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士合作，設(shè)計(jì)并合成了具有線粒體靶向性和H2O2響應(yīng)性的AIE熒光體（AIEgen）ASCPB，ASCPB有著優(yōu)異的H2O2響應(yīng)特性，其檢測(cè)限低至145 nmol/L（圖2）。在確認(rèn)了ASCPB擁有良好的ROS/RNS選擇性、出色的長期（48 h）染色條件下生物相容性及多次掃描仍保持較高熒光信號(hào)的光穩(wěn)定性后，研究人員將ASCPB提前加入到細(xì)胞中并開始為期48 h的模擬微重力實(shí)驗(yàn)。利用AIEgen光穩(wěn)定性高且無需漂洗的特點(diǎn)，研究人員對(duì)同一個(gè)樣品分別進(jìn)行了6 h、24 h和48 h的監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到減少不同樣品之間差異性的目的。得益于ASCPB的線粒體靶向性與ACP的疏水聚集效應(yīng)，整個(gè)體系實(shí)現(xiàn)了對(duì)活細(xì)胞在SMG下內(nèi)源性H2O2的從紅色到綠色熒光發(fā)射的雙色長期成像（圖3）。通過對(duì)照組與模擬微重力組雙通道信號(hào)的比值，可以快速觀察到所有時(shí)間點(diǎn)下U87-MG 細(xì)胞內(nèi)源性H2O2水平均有上升，其中48 h的結(jié)果最為顯著，表明SMG下細(xì)胞產(chǎn)生了明顯的氧化應(yīng)激損傷。同時(shí)，三個(gè)時(shí)間點(diǎn)H2O2水平的變化趨勢(shì)分別表現(xiàn)出了細(xì)胞在面對(duì)模擬失重環(huán)境時(shí)產(chǎn)生的短期應(yīng)激、自適應(yīng)性與長期累積效應(yīng)，體現(xiàn)出了聚集誘導(dǎo)發(fā)光技術(shù)在模擬空間環(huán)境下監(jiān)測(cè)生物效應(yīng)的潛在優(yōu)勢(shì)。
圖3. ASCPB對(duì)模擬微重力下U87-MG細(xì)胞內(nèi)源性H2O2的雙色長期成像。
原文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927322005564
