CN108333365B - 金-长余辉纳米粒子免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白 - Google Patents
金-长余辉纳米粒子免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白 Download PDFInfo
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Abstract
金‑长余辉纳米粒子(Au‑PLNP)免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白(FAPα)的方法,步骤如下:1)制备巯基丙酸修饰PLNP。2)在1)材料表面生长金纳米粒子。3)设计含有红外荧光染料‑脯氨酸‑其它氨基酸肽键(Pro‑X)‑巯基的多肽。4)将3)中多肽和Au‑PLNP连接发光能量共振转移(LRET)探针。5)FAPα可特异性剪断Pro‑X,使Au‑PLNP发射光恢复。在免原位激发条件下,该探针可定量检测FAPα。6)将LRET探针用于免原位激发光学成像。本发明优点:该Au‑PLNP制备方法操作简单,产物水分散性、生物相容性好,是良好的LRET供体。免原位激发检测FAPα方法灵敏度高、检出限低、抗干扰能力强。该Au‑PLNP策略在免原位激发生物传感、成像、治疗以及拉曼增强检测等方面具有广泛的应用前景。
Description
【技术领域】:本发明涉及长余辉纳米粒子表面功能化方法及其应用,特别是金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白。
【背景技术】:长余辉材料俗称夜光材料,它能够储存能量(紫外光、可见光、太阳光、X射线、γ射线等),即当激发源停止后仍能够较长时间持续发光的材料。与常见的光学成像材料相比,长余辉材料在生物成像中具有很大的优势:超长的发光寿命、突出的免原位激发等优点,可以避免背景荧光的干扰和对生物组织的光毒性。因此,长余辉材料已广泛地应用于生物医学等各个领域。
长余辉纳米材料表面修饰是将其应用于生物医学等领域的关键步骤。长余辉纳米材料经高温煅烧后,其表面几乎没有任何官能团。而现有的长余辉表面功能化方法基本都是通过包硅来实现,但这些方法难免会增加长余辉纳米粒子的粒径,并且步骤多,比较复杂。因此,需要开发其它简单快速的长余辉纳米粒子表面功能化方法。
成纤维细胞激活蛋白最初被称为F19抗原,是由Retting等1988年报道应用单克隆抗体F19识别的一种膜抗原。成纤维细胞激活蛋白属于膜表面丝氨酸蛋白酶类,具有胶原酶和二肽基肽酶活性。后来又进一步证实它表达于多数上皮性肿瘤间质中的成纤维细胞,而在正常成人静息的成纤维细胞及正常组织中通常不表达,提示它是一个增生性成纤维细胞的表面标志物。成纤维细胞激活蛋白这种特异性的表达为各种癌的诊断和治疗提供了一个有前景的靶目标,以它为肿瘤间质标志物的病理诊断、预后判定和肿瘤基因治疗或免疫治疗也是可能的。但目前仍缺少高灵敏度、低检出限和抗干扰能力强的定量检测成纤维细胞激活蛋白的方法。
【发明内容】:本发明针对上述存在的问题,提供了一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法。本方法可以简单快速地制备金修饰的长余辉纳米粒子,其水分散性和生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发条件下检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤如下:
1)将长余辉纳米粒子分散至水中,向其中加入巯基丙酸,室温搅拌12-36小时,之后离心弃去上清液,所得沉淀用水洗3次,真空干燥。
2)将巯基丙酸修饰后的长余辉纳米粒子分散至水中,向分散液中依次加入氯金酸溶液和氨水,最后加入还原剂抗坏血酸溶液,室温搅拌。离心弃去上清液,用乙醇、水洗三次,真空干燥,即可得到金修饰的长余辉纳米粒子。
3)设计特定氨基酸序列的多肽。多肽序列中间含有由脯氨酸和其他氨基酸或小分子形成的肽键(Pro-Xxx),将近红外荧光染料小分子固定在肽键(Pro-Xxx)的一侧,肽键(Pro-Xxx)的另一侧有含巯基的氨基酸,这样的多肽序列可以被成纤维细胞激活蛋白特异性识别并剪断。
4)将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针。固定在多肽序列上的染料小分子的紫外吸收与金修饰的长余辉纳米粒子的发射光波长重叠,产生LRET进而导致金修饰的长余辉纳米粒子的发光被淬灭。
5)成纤维细胞激活蛋白可以特异性识别并剪断肽键(Pro-Xxx),使得金修饰的长余辉纳米粒子的发光恢复。在免原位激发条件下,利用该探针可以定量检测成纤维细胞激活蛋白,同时可以实现活细胞内成纤维细胞激活蛋白的定量检测和生物成像。
6)将该LRET用于小鼠成像,可准确指示肿瘤所在。
本发明的优点及效果:相比其它长余辉表面功能化方法,该发明提出的金修饰长余辉纳米粒子方法操作简单快速,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好是一种良好的发光共振能量转移供体。同时该发明提出的免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白方法灵敏度高、检出限低、抗干扰能力强。本发明提出的金修饰长余辉纳米粒子的策略在免激发生物传感、成像、治疗以及拉曼增强检测等方面具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】:
实施例1
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。长余辉纳米材料以掺Cr的镓酸锌盐为例,步骤如下:
1)将硝酸锌、硝酸镓和硝酸铬的水溶液按比例混合均匀,混合溶液中硝酸锌、硝酸镓和硝酸铬的摩尔比为1∶2∶0.004,用叔丁胺调节pH为8.0。
2)将上述混合物平均分装在45毫升内衬为聚四氟乙烯的反应釜内胆中,各加4毫升水稀释,接下来分别向每个反应釜内胆中加入2毫升油酸,15毫升的甲苯。将反应釜放入烘箱中加热到160℃反应24小时。反应结束后,加入过量的乙醇使纳米粒子析出,之后再用60%的乙醇溶液洗三次,放入烘箱中加热至75℃干燥8小时。
3)将上述固体在马弗炉中750℃煅烧1小时。
4)将0.1g高温煅烧后的长余辉纳米粒子分散至20mL水中,超声10分钟,向其中加入80μL巯基丙酸,室温搅拌24小时,之后离心弃去上清液,所得沉淀用水洗3次,真空干燥。
5)将50mg巯基丙酸修饰后的长余辉纳米粒子分散至20mL水中,超声10分钟,向分散液中依次加入1.5mL1%的氯金酸溶液和6mL10%的氨水,最后加入16mL10mM的抗坏血酸溶液,室温搅拌4.5小时。将反应后的悬浊液离心,弃去上清液,得到的沉淀用乙醇、水洗三次,真空干燥,即可得到金修饰的长余辉纳米粒子。
6)在标准比色皿中加入2mL0.015mg mL-1金修饰长余辉纳米粒子的磷酸盐缓冲溶液(PBS,0.01M,pH=7.4)和5μM的Cy5.5-KGPNQC-SH,在37℃下反应1小时。之后用荧光仪的氙灯预激发该混合溶液5分钟,马上记录在695nm处的余辉发光谱图。
7)向步骤(7)中37℃下反应1小时后的混合溶液中加入100μL40.5mg L-1的成纤维细胞激活蛋白,在37℃下反应1小时。之后用荧光仪的氙灯预激发该混合溶液5分钟,马上记录在695nm处的余辉发光谱图,金修饰长余辉纳米粒子在695nm的发射恢复到最大值。
8)U87MG细胞是高表达成纤维激活蛋白的阳性细胞。AD293细胞是不表达成纤维激活蛋白的阴性细胞。分别将5×104个U87MG和AD293细胞接种于24孔板上,在37℃、5%CO2的恒温培养箱中孵育24小时。之后向孔内分别加入0,5,10和15mg L-1探针溶液再孵育4小时。用PBS溶液洗三次,每孔加入300μL4%的多聚甲醛溶液固定20分钟,吸走固定液,用PBS溶液洗三次。继续向其中加入300μL0.5mg L-1的DAPI溶液染色5分钟,使用PBS洗掉过量的DAPI,滴封固液,加盖玻片,使用共聚焦荧光显微镜观察拍照。
9)复苏U87MG细胞后,将处于对数生长期、状态良好的细胞用胰酶消化下来,离心,弃去上清液。之后加入1.5mL的完全培养基,将细胞悬液充分重悬均匀,计数,之后用完全培养基逐级稀释至1×103个/mL。向步骤(7)中的长余辉纳米探针溶液中连续加入5μL1×103个/mL的细胞液直至25μL,用荧光仪的氙灯预激发该混合溶液5分钟,分别获取每次加入细胞液后的余辉发光谱图。
图1为本发明合成的金修饰长余辉纳米粒子的透射电镜图,图中显示:长余辉纳米粒子表面附着的黑色点状颗粒为金纳米粒子,合成材料的粒径在25纳米左右。
图2为本发明合成的金修饰长余辉纳米粒子的X射线粉末衍射(XRD)图。图中显示:合成的金修饰长余辉纳米材料出现了与长余辉纳米粒子和金纳米粒子一一对应的特征XRD峰。
图3为长余辉纳米粒子的余辉发光被多肽猝灭的光谱图。图中显示:2mL0.015mgmL-1金修饰长余辉纳米粒子的PBS溶液和5μM的Cy5.5-KGPNQC-SH,在37℃下反应1小时后,金修饰长余辉纳米粒子在695nm处的余辉发光被淬灭了大部分。
图4为LRET探针余辉发光恢复光谱图。图中显示:在步骤(7)中的长余辉纳米探针溶液中加入100μL40.5mg L-1的成纤维细胞激活蛋白,在37℃下反应1小时后,金修饰长余辉纳米粒子在695nm处的余辉发光恢复。
图5是LRET探针定量检测U87MG细胞中成纤维细胞激活蛋白的标准曲线图。图中显示:本方法制备的LRET探针和不同数目的U87MG细胞孵育后获取余辉发光谱图,金修饰长余辉纳米粒子在695nm处余辉发光的恢复效率(F-F0)/F0和U87MG细胞的数目呈线性关系。其中F代表LRET探针在有成纤维细胞激活蛋白时在695nm处的余辉发光强度,F0指LRET探针在695nm处的余辉发光强度。
实施例2
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤2中不加水稀释。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例3
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤2中将反应釜放入烘箱加热到200℃。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例4
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤2中将反应釜放入烘箱反应12小时。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例5
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤3中煅烧温度为900℃。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例6
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤4中加入巯基丙酸的量为120μL。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例7
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤4中反应时间为12小时。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例8
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤5中加入1.0mL的1%的氯金酸溶液。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例9
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤5中加入2.0mL的1%的氯金酸溶液。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例10
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤6中选择的染料小分子为Cy5。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例11
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤6中选择的染料小分子为IR783。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例12
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤6中选择的染料小分子为IR820。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例13
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤6中设计的多肽序列为KGPGPNQC。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例14
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤7中加入2mL0.015mg mL-1金修饰长余辉纳米粒子的PBS溶液和3μM的Cy5.5-KGPNQC-SH。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
实施例15
一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好。将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针,在免原位激发下定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强。步骤和方法与实施例1基本相同,不同之处在于步骤7中加入2mL0.015mg mL-1金修饰长余辉纳米粒子的PBS溶液和8μM的Cy5.5-KGPNQC-SH。制得的纳米材料的检测结果与实施例1类同。
Claims (3)
1.一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于简单快速地制备金修饰长余辉纳米粒子,得到的金修饰长余辉纳米粒子水分散性、生物相容性好,是一种良好的发光共振能量转移供体;将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到发光共振能量转移(LRET)探针,在成纤维细胞激活蛋白存在时,LRET被抑制,金修饰长余辉纳米粒子的发光得以恢复;该LRET探针在免原位激发下能定量检测成纤维细胞激活蛋白,特异性好,灵敏度高,检出限低,抗干扰能力强;步骤如下:
1)将长余辉纳米粒子分散至水中,向其中加入巯基丙酸,室温搅拌12-36小时,之后离心弃去上清液,所得沉淀用水洗3次,真空干燥;
2)将巯基丙酸修饰后的长余辉纳米粒子分散至水中,向分散液中依次加入氯金酸溶液和氨水,最后加入还原剂抗坏血酸溶液,室温搅拌;离心弃去上清液,用乙醇、水洗三次,真空干燥,即可得到金修饰的长余辉纳米粒子;
3)设计特定氨基酸序列的多肽;多肽序列中间含有由脯氨酸和其他氨基酸或小分子形成的肽键(Pro-Xxx),将近红外荧光染料小分子固定在肽键(Pro-Xxx)的一侧,肽键(Pro-Xxx)的另一侧有含巯基的氨基酸,这样的多肽序列可以被成纤维细胞激活蛋白特异性识别并剪断;
4)将特定氨基酸序列的多肽和金修饰的长余辉纳米粒子连接得到LRET探针;固定在多肽序列上的染料小分子的紫外吸收与金修饰的长余辉纳米粒子的发射重叠,产生LRET进而导致金修饰的长余辉纳米粒子的发光被淬灭;
5)成纤维细胞激活蛋白可以特异性识别并剪断肽键(Pro-Xxx),使得金修饰的长余辉纳米粒子的发光恢复;在免原位激发条件下,利用该探针可以定量检测成纤维细胞激活蛋白,同时可以实现活细胞内成纤维细胞激活蛋白的定量检测和生物成像;
6)将该LRET用于小鼠成像,可准确指示肿瘤所在。
2.根据权利要求1所述的一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于用巯基丙酸对长余辉纳米粒子进行修饰;加入巯基丙酸的量为80-120μL,反应温度为室温。
3.根据权利要求1所述的一种金修饰长余辉纳米粒子用于免原位激发检测成纤维细胞激活蛋白的方法,其特征在于依次加入氯金酸溶液和氨水,最后加入还原剂抗坏血酸溶液;反应时间为4-6小时,反应温度为室温。
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