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郭东升课题组在“杯芳烃超灵敏特异性荧光检测癌症标志物”领域取得重要进展
2018-02-22

郭东升教授课题组一直从事杯芳烃超分子化学的研究工作。在设计合成新型水溶性杯芳烃衍生物的基础上,着重考察其分子识别与组装等基础理化性质,进而将其应用到生物医药领域,包括生物传感、调节蛋白结构/活性、药物递送和超分子光诊疗等,从而实现系列重大疾病的诊断和治疗。最近,该课题组成功将所设计的新型胍基杯芳烃应用于生物传感领域,实现了对血清中卵巢癌标志物溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)的超灵敏和特异性检测(图1)。

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图1. 杯芳烃超灵敏特异性荧光检测癌症标志物LPA机理示意图

定量检测血液中癌症标志物对于癌症早期诊断,提高患者存活率具有重要科学意义和实际应用价值。LPA是卵巢癌等妇科恶性肿瘤早期诊断的理想标志物,但其在血液中的含量很低(0.1-63.2 μM),且血液中干扰物众多,因此检测难度大。目前大多数检测LPA的方法都需要精密的仪器和复杂的操作。近年来,光谱法由于其成本低、操作简单、灵敏度高等优势引起了人们广泛的关注。为了实现LPA的高灵敏和特异性光谱检测,设计合成对LPA具有选择性强键合的人工受体成为一大挑战。

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图2. 胍基杯芳烃的合成路线及与LPA的键合

郭东升教授课题组构建了一个基于杯芳烃的超分子传感体系,用以检测血清中的LPA。首先,作者根据LPA的结构特点,设计合成了新型胍基修饰杯芳烃受体,并详细考察了其与LPA的键合行为。实验结果表明,该杯芳烃通过静电、氢键、疏水、C-H…π等协同作用达到对LPA的强键合,其结合常数高达纳摩尔(nM)级(图2)。对LPA选择性强键合的人工受体的设计合成是其分析检测的化学基础。

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图3. LPA的定性和定量测量

借助指示剂置换检测(Indicator Displacement Assay)方法,作者实现了在缓冲溶液中对LPA的定量检测,检测限低至5.6 nM。采用差异传感(differential sensing)手段,进而实现了对LPA的特异性检测(图3)。在此基础上,作者将该超分子传感体系应用于血清中LPA的检测。在无需对血清进行任何处理的情况下,可直接定量检测出LPA的浓度,检测限低至1.7 μM,符合临床诊断的需要。采取卵巢癌小鼠和正常小鼠血液样本,对比实验发现荧光信号给出显著性差异,即该超分子传感体系能够有效区分患癌血液和正常血液。这一基于杯芳烃分子识别的超分子传感方法在卵巢癌等妇科恶性肿瘤早期诊断中具有广阔的应用前景。这一研究成果已申报国家发明专利(201711391952.0),并于近期发表在Chem. Sci. 上,文章第一作者是南开大学博士研究生郑哲,通讯作者是郭东升教授。