[发明专利]一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种比率型氧传感探针及其制备方法和应用，所述比率型氧传感探针包括载体和包裹在载体中的氧敏感化合物，所述载体由两亲性接枝聚合物和连接在所述两亲性接枝聚合物上的聚集诱导发光基团构成。本发明的比率型氧传感探针可以测量大肠杆菌和GM12878人B淋巴细胞在不同细胞浓度下的氧消耗情况，同时其可以在7小时内原位测量至少100cfu/mL的细菌，还可用于药物筛选，并且其无细胞毒性，安全可靠。此外，由于PtTFPP探针胶束表现出极高的量子效率，而且这种氧传感探针可以进行水溶液中氧含量测量，因此可以广泛运用于一些类似于酶标仪等的商用仪器，能够为高通量测量、疾病诊断和新陈代谢研究提供帮助。

技术领域

本发明属于纳米医用材料领域，涉及一种比率型氧传感探针及其制备方法和应用，尤其涉及一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用。

背景技术

氧气对于环境、海洋、农业、工业、健康等来说是非常重要的元素。在生物领域，氧气在耗氧细胞核组织中作为一个关键的基本物质，在包含能量生产、能量平衡和生物质生成等许多核心细胞生理和发育过程中扮演了极为重要的角色。作为电子受体，氧气对于在线粒体和ATP生产中的电子转移(ETC)功能是至关重要的。至始至终，氧气有效性和/或利用性会导致病理和疾病态，因此，其代表了医疗诊断和基础研究的重要目标。例如，它已经被证实在低氧状态(缺氧态)下会直接或间接地对基因表达调控产生的影响，这可致使恶性肿瘤更具有转移性和耐药性。癌细胞中从有氧化磷酸化作用到有氧酵解的新陈代谢转换(瓦尔保效应)是一个新兴的癌症标记之一。氧化已被证明在心血管缺血和再灌注损伤中的组织生存和再生下起到决定性作用。缺氧已被证实是不同疾病中的重要因素，其中包括阿尔茨海默症、炎症、心脏病、中风、慢性肺病和癌症。这些疾病导致了美国60％的死亡率。因此，实时测量细胞氧气的能力对进一步了解细胞氧化动力学、线粒体活动和能量生产及生物质合成内平衡是十分重要的。此外，细胞呼吸关乎细胞活性，因此它也可以通过细胞呼吸测量实现高通量药物筛选。

液态、光纤、水凝胶、溶胶凝胶、聚合物薄膜、微纳米颗粒等各种形式的氧传感器得到了长足的发展，同时一些最新的综述也得到了发表。为了进一步了解氧气测量和细胞新陈代谢，一些基于光学氧传感器先进的、商业化的仪器已经得到了发展。例如，海马生物科技(Seahorse Bioscience)为细胞呼吸和细胞外酸化测量研发了XF96新陈代谢测量仪。XF96仪器中的传感器是属于一种溶胶的传感器。为了测量细胞呼吸和酸化，海马的XF仪器运用了一个特别的芯片设计以获得高通量分析细胞外pH和氧气测量。为了获得高通量分析，如果材料可以很容易被运用在许多商业仪器中，这就能使得许多研究人员和科学研究受益。因此，如果这些探针/传感器可以溶解或悬浮在细胞培养基中，这些材料可能是一类理想的材料以获得简便的运用及高通量应用。为了简单化，我们统一将这类探针/传感器命名为液态探针/传感器。许多运用有机化合物、大分子和/或纳米颗粒的液态氧传感器探针/传感器得到了发展。在这些探针/传感器中，虽然有很多是针对细胞内氧测量的；一些液态传感器被验证可以作为细胞外传感器，并且运用在细胞呼吸和线粒体活性测量当中。Papkovsky等人将含有异氰酸盐的卟啉铂(II)(platinum(II)-coproporphyrin，PtCP)与牛血清蛋白(BSA)、氨基聚乙二醇(amino-PEG)、氨基-葡聚糖(amino-dextran)结合以构建大分子探针。Papkovsky也报道了包含八乙基卟啉铂(II)(platinum(II)-octaethylporphine，PtOEP)和铂(II)-八乙基卟啉酮(platinum(II)-octaethylporphine-ketone，PtOEPK)的单分散聚苯乙烯/二乙烯苯(polystyrene/divinylbenzene)纳米颗粒。这两种大分子氧传感器和纳米颗粒传感器对大肠杆菌都具有细胞不可渗透性。这些特征使得这些水溶性传感器成为了理想的细胞外传感器。Borisov等人报道了一种含有五氟四苯基卟啉铂(PtTFPP)的聚苯乙烯-嵌段-聚乙烯吡咯烷酮胶束，同时研究了其在水溶液中的氧气响应，作者证实这些胶束拥有大约为250nm的平均直径，并且对大肠杆菌具有不可渗透性。