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北理工鄧玉林/黎朝與港中深唐本忠院士合作《Sci. Bull.》:聚集誘導發(fā)光在空間生物醫(yī)學相關領域中的首次應用
2022-12-16  來源:高分子科技

  隨著我國空間站的成功建立,宇航員的空間活動日趨頻繁,空間特殊環(huán)境對宇航員身體健康的影響必須高度關注。微重力作為空間特殊環(huán)境之一會對人體健康產生負面影響,其機理的研究對宇航員的健康保障十分重要。微重力可誘導人體細胞產生氧化應激,在地面模擬微重力(SMG)條件下進行細胞氧化應激的研究具有重要意義。氧化應激中過氧化氫(H2O2)濃度可發(fā)生異常,開發(fā)一種H2O2的可視化監(jiān)測方法具有意義,但模擬微重力實驗需要在特殊的儀器中進行,需要快速簡便的檢測方法來簡化實驗過程;另一方面,由于失重環(huán)境對生命體造成的影響具有累積效應,長期多時間點的監(jiān)測需求必不可少。因此探索一種能夠用于在SMG下對活細胞氧化應激中內源性H2O2進行快速檢測和長期監(jiān)測的可視化方法具有重要意義。


1. 利用AIE探針對模擬微重力下內源性H2O2進行監(jiān)測的示意圖。


  聚集誘導發(fā)光(AIE)材料/探針具有光穩(wěn)定性好、免洗等優(yōu)點,與模擬失重效應的長期快速監(jiān)測需求契合。北京理工大學鄧玉林教授和黎朝特別副研究員與香港中文大學(深圳)唐本忠院士合作,設計并合成了具有線粒體靶向性和H2O2響應性AIE熒光體(AIEgenASCPB,ASCPB有著優(yōu)異的H2O2響應特性,其檢測限低至145 nmol/L(圖2)。在確認了ASCPB擁有良好的ROS/RNS選擇性、出色的長期(4h)染色條件下生物相容性及多次掃描仍保持較高熒光信號的光穩(wěn)定性后,研究人員將ASCPB提前加入到細胞中并開始為期4h的模擬微重力實驗。利用AIEgen光穩(wěn)定性高且無需漂洗的特點,研究人員對同一個樣品分別進行了6 h、24 h48 h的監(jiān)測,從而達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,整個體系實現了對活細胞在SMG下內源性H2O2的從紅色到綠色熒光發(fā)射的雙色長期成像(圖3)。通過對照組與模擬微重力組雙通道信號的比值,可以快速觀察到所有時間點下U87-MG 細胞內源性H2O2水平均有上升,其中4h的結果最為顯著,表明SMG下細胞產生了明顯的氧化應激損傷。同時,三個時間點H2O2水平的變化趨勢分別表現出了細胞在面對模擬失重環(huán)境時產生的短期應激、自適應性與長期累積效應,體現出了聚集誘導發(fā)光技術在模擬空間環(huán)境下監(jiān)測生物效應的潛在優(yōu)勢。


  本工作首次將聚集誘導發(fā)光技術應用到空間生命科學相關問題中,為空間生物醫(yī)學領域研究手段的開發(fā)提供了一定的啟示。 


2. ASCPBH2O2響應性。 


3. ASCPB對模擬微重力下U87-MG細胞內源性H2O2的雙色長期成像。


  該論文以“Simulated Microgravity-Induced Endogenous H2O2 Traced by an AIEgen”為題發(fā)表在《Science Bulletin》上(DOI: 10.1016/j.scib.2022.12.001)。北京理工大學碩士研究生蘇兆卿為論文的第一作者,北京理工大學黎朝特別副研究員、鄧玉林教授、以及香港中文大學(深圳)唐本忠院士為共同通訊作者。


  原文鏈接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927322005564

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