以大环分子为载体的乙酰胆碱纳米传感器及在神经细胞中的成像应用

Acetylcholine, as an extremely important neurotransmitter, is closely associated with many diseases. However, the variety of chemical sensors to detect acetylcholine is rather limited and the spatial and temporal resolutions for cellular acetylcholine imaging still remain quite low. In this project, we propose for the first time, acetylcholine selective nanosensors based on macrocyclic ionophores and the related fluorescence microscopic imaging of cellular acetylcholine. Belonging to the family of nanosensors, ionophore-based ion-selective nanosensors have their unique advantages, but never been applied in acetylcholine detection, mainly due to the lack of good acetylcholine ionophores. Host-guest and supramolecular chemistry have injected new vitality to chemical sensors with recent emergence of macrocycles in ion-selective electrodes. These macrocycles could also help realize the proposed acetylcholine nanosensors. Our research includes the screening of macrocycles to obtain acetylcholine ionophores, nanosensor preparation and optimization of the sensor properties, and fluorescence microscopic imaging of acetylcholine in neuron cells. The results of the proposed project will provide new powerful tools for the detection of neurotransmitters and related biomedical basic researches.

乙酰胆碱作为一种极为重要的神经递质与许多疾病息息相关，然而检测乙酰胆碱的化学传感技术种类匮乏，细胞内乙酰胆碱成像的时空分辨率依然很低。本项目首次提出以大环分子为载体的乙酰胆碱纳米传感器，并在细胞层面进行荧光成像应用。作为纳米传感器的一种，基于载体的离子选择性纳米光学传感器具有独特优势，然而从未被用于乙酰胆碱的测量，主要原因是缺乏高选择性、结合力的乙酰胆碱载体。主客体及超分子化学的发展给化学传感器发展注入活力，一些大环分子在离子选择性电极中已崭露头角，也使本项目提出的乙酰胆碱纳米传感器成为可能。本研究主要内容包括：基于大环分子的乙酰胆碱载体筛选；乙酰胆碱纳米传感器的制备和性能优化；神经细胞中乙酰胆碱浓度分布的荧光成像。本项目的研究成果将为神经递质检测及其生物医药基础研究提供有力工具。

本项目筛选出了一系列憎水性强的萘基大环分子，可以作为乙酰胆碱潜在的载体。进行了萘基大环分子与胆碱的相互作用的理论模拟，帮助我们更好的理解萘基大环分子的结构变化对乙酰胆碱识别的影响。开发了基于萘基大环分子的乙酰胆碱选择性电极，该电极对乙酰胆碱有较强的选择性，生物样品中常见的Na+、Li+、K+、Mg2+和Ca2+等阳离子则对乙酰胆碱的检测干扰较小，可以达到至少6个数量级以上的选择性，对乙酰胆碱的结合常数可达（5.06 ± 0.12）×105 M-1。在本工作中，由于筛选的萘基大环分子有极强的憎水性，可以获得较好的使用寿命，通过对电极膜传感成分和骨架材料的优化，我们获得的基于萘基大环分子的最低检测限可以达到100 ± 20 nM。开发的基于萘基大环分子的乙酰胆碱电极成功的对实际生物样品中乙酰胆碱酯酶的催化活性以及小鼠脑浆中乙酰胆碱进行了测量，检测结果与离子色谱法结果一致。同时，我们发展并制备基于萘基大环分子的光学纳米传感器，可以对高浓度的乙酰胆碱进行快速检测，检测灵敏度还有待提高。本项目的研究成果将为神经递质相关的生物医药基础研究提供有力技术工具。

内容获取失败，请点击重试