CN112014361B - 一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法,在细胞经高碘酸钠处理后,加入多氨基荧光纳米簇,实现细胞表面唾液酸的成像。本发明的优点在于,(1)通过简单的水热法,通过选取氨基化合物作为反应原料,即可合成氨基富含的荧光碳纳米簇或碳量子点;(2)在细胞经高碘酸钠处理后,加入氨基富含碳纳米簇或碳量子点,即可实现细胞表面SAs的成像。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备和细胞成像技术,更具体的说,涉及一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法。
背景技术
复杂的聚糖存在于所有生物体中,因为经过30亿年的进化,每一个活细胞表面都被一层密集的聚糖覆盖。聚糖在实现细胞的各种生物学功能以及调节各种生理和病理过程中发挥着重要作用。细胞需要摄取不同的糖类作为生长营养素,这些糖类也作为细胞表面聚糖生物合成的前体。值得注意的是,糖基化异常是癌症发生的一个警报信号,一些聚糖被认为是肿瘤生成的标志物。唾液酸(SAs),通常在细胞表面多糖链的末端位置表达,是一种参与多种细胞途径的九碳单糖。细胞表面SAs的水平升高与癌症密切相关。因此,探索SAs的分布情况对理解SA表达是如何影响健康或导致癌症具有重要的意义。
历史上,凝集素是糖分析最常用的工具。研究人员在植物或动物中提取凝集素,通过凝集素和糖之间的蛋白-聚糖相互作用,实现了对聚糖的识别。然而,基于凝集素的聚糖标记具有不令人满意的选择性。作为一种替代方法,代谢标记已被开发用于细胞表面聚糖的特异性检测。代谢方法是将合成的外源糖与一个通常为炔烃或叠氮化物的生物正交官能团结合到聚糖链中,然后用荧光分子标记该官能团,以进行最终的细胞成像。利用生物正交反应,大大提高了代谢标记的特异性。然而,代谢标记的缺陷也不容忽视。人工糖在细胞表面表达所需的培养时间(24小时以上)太长,合成过程复杂。因此,有必要找到一种更方便的活细胞聚糖标记方法。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法。
本发明的第二个目的在于,提供一种多氨基荧光纳米簇合成方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法,其特征在于,在细胞经高碘酸钠处理后,加入多氨基荧光纳米簇,实现细胞表面唾液酸的成像。
作为一个优选方案,所述多氨基荧光纳米簇通过水热法合成。
作为一个优选方案,以对苯二酚、过氧化氢和乙二胺为反应前驱体,利用乙二胺催化过氧化氢分解放热,在室温下通过席夫碱缩合反应形成对苯醌/乙二胺链状化合物,链状化合物进一步相互缠绕,从而形成直径约2nm的表面富含氨基的荧光纳米簇。
为了实现本发明第二个目的,本发明提供了一种多氨基荧光纳米簇合成方法,其特征在于,以对苯二酚、过氧化氢和乙二胺为反应前驱体,利用乙二胺催化过氧化氢分解放热,在室温下通过席夫碱缩合反应形成对苯醌/乙二胺链状化合物,链状化合物进一步相互缠绕,从而形成直径约2nm的表面富含氨基的荧光纳米簇。
本发明选取两种细胞:人体乳腺癌细胞(MCF-7)和宫颈癌细胞(HeLa),贴壁培养过夜。利用氨基富含的荧光碳纳米簇或碳量子点对MCF-7细胞和HeLa细胞表面的SAs进行成像,并可以比较两种细胞表面SAs的表达量和分布情况。
本发明的优点在于,(1)通过简单的水热法,通过选取氨基化合物作为反应原料,即可合成氨基富含的荧光碳纳米簇或碳量子点;(2)在细胞经高碘酸钠处理后,加入氨基富含碳纳米簇或碳量子点,即可实现细胞表面SAs的成像。
附图说明
图1.a氨基富含荧光碳纳米簇的制备,b氨基富含碳纳米簇用于成像细胞表面SAs的示意图。
图2.a细胞膜表面SAs成像的流程示意图,b高碘酸钠处理后HeLa细胞的SAs成像图,c不同时间下,HeLa细胞的平均荧光强度,d高碘酸钠处理30分钟后的HeLa细胞的绿色通道三维荧光图,e高碘酸钠处理30分钟后的HeLa细胞的长轴和短轴的荧光强度,f高碘酸钠处理30分钟后的HeLa细胞的细胞曲率值。
具体实施方式
以下,结合具体实施方式对本发明的技术进行详细描述。应当知道的是,以下具体实施方式仅用于帮助本领域技术人员理解本发明,而非对本发明的限制。
本发明提供了一种用于快速定位和成像细胞表面SAs的荧光纳米团簇。如图1所示,对苯二酚、过氧化氢和乙二胺的水溶液在室温下反应,形成对苯醌/乙二胺链状化合物。链状化合物进一步相互缠绕,从而形成直径约2nm的荧光纳米团簇,其表面富含氨基。对于活细胞SA成像,首先用高碘酸钠处理细胞,使得SA的C-7位置被氧化成醛基。通过稳定的席夫碱结构,荧光纳米簇在不到30分钟的时间内即可方便地标记所形成的羰基,并在显微镜下观察荧光信号(图2)。
实施例1.
(1)氨基富含碳纳米簇的合成。具体方法是:将对苯二酚,乙二胺,过氧化氢溶液在室温下混合,利用乙二胺催化过氧化氢分解放出的热量以及席夫碱缩合反应,得到表面氨基富含的荧光碳纳米簇。
(2)细胞采用传统方法进行培养。MCF-7细胞培养:RPMI 1640、胎牛血清(10%),链霉素(100μg mL-1)和青霉素(100μg mL-1)配制培养液。HeLa细胞培养:DMEM、胎牛血清(10%),链霉素(100μg mL-1)和青霉素(100μg mL-1)配制培养液。培养瓶和培养皿中的细胞均在37℃,5%的二氧化碳环境下培养。
(3)将含有10%FBS的DEME培养的HeLa细胞加入培养皿中。然后在培养箱(37℃,5%CO2)中培养24小时。培养24小时后,用含2mM NaIO4的5mL DEME在37℃下继续培养30分钟,然后再用PBS缓冲液冲洗3次。接下来,将含有40μg/mL荧光碳纳米簇的2.5ml DEME加入到培养皿中。将细胞在培养箱(37℃,5%CO2)中继续培养30分钟,然后用PBS缓冲液冲洗三次,并转移至荧光显微镜下进行荧光成像。
基于这一机制,我们对不同细胞的SA表达进行了比较。同时还研究了SA相关药物对细胞膜SA表达的影响。重要的是,我们首次计算了SA表达与细胞膜曲率之间的关系,推导了SA水平与曲率半径之间的正相关关系,从而为细胞表面聚糖的分布提供了依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法,其特征在于,在细胞经高碘酸钠处理后,加入多氨基荧光纳米簇,实现细胞表面唾液酸的成像;
其中,以对苯二酚、过氧化氢和乙二胺为反应前驱体,利用乙二胺催化过氧化氢分解放热,在室温下通过席夫碱缩合反应形成对苯醌/乙二胺链状化合物,链状化合物进一步相互缠绕,从而形成直径约2 nm的表面富含氨基的荧光纳米簇。
2.根据权利要求1所述的一种基于多氨基荧光纳米簇的细胞膜唾液酸快速成像标记方法,其特征在于,所述多氨基荧光纳米簇通过水热法合成。
3. 一种多氨基荧光纳米簇合成方法,其特征在于,以对苯二酚、过氧化氢和乙二胺为反应前驱体,利用乙二胺催化过氧化氢分解放热,在室温下通过席夫碱缩合反应形成对苯醌/乙二胺链状化合物,链状化合物进一步相互缠绕,从而形成直径约2 nm的表面富含氨基的荧光纳米簇。
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