基于纳米粒子的光学细胞传感器在癌细胞研究中(5)

第11期王锦慧等：

基于纳米粒子的光学细胞传感器在癌细胞研究中的应用1211

酸和聚阳离子聚乙烯亚胺聚合作用下，将一种细胞通透性多肽（GLSARRL，能够识别卵巢癌细胞过量表达的蛋白激酶A）与荧光染料Cy5.5复合为纳米荧光探针，用于观察细胞中蛋白激酶A的磷酸化。荧光染料聚集在纳米粒子中，发生荧光自猝灭，传感细胞几乎不发射荧光；当传感细胞中的蛋白激酶A发生磷酸化时，负电荷的磷酸基团嵌入底物多肽丝氨酸残基中，使纳米粒子解体，荧光染料的荧光迅速恢复，传感细胞中荧光大大增强（如图9）。

该方法可用于单细胞中激酶

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的活性研究。

转移性癌细胞基质中含有高浓度的肝素

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酶，可水解肝素。Lee等采用HeLa细胞中的肝素酶作为分析对象，基于荧光共振能量转移技术，将偶联有荧光染料的肝素固定在金纳米粒子表面，使荧光猝灭；肝素在肝素酶作用下水解，荧光染料从纳米粒子上脱落，染料荧光恢复。同时采用激光扫描共聚焦显微镜对转移性癌细胞进行成像（见图10）。

基质金属蛋白酶（Matrixmetalloproteinas-es，MMPs）是一类锌依赖性多肽内切酶，涉及到某些炎症疾病和癌变。Lee等研究了

2和MMP-9的活性，采用特异癌细胞MMP-性多肽序列将荧光团Cy5.5和猝灭基团

BHQ-3连接，形成序列（Cy5.5－Gly－Pro－Leu－Gly－Val－Arg－Gly－Lys（BHQ-3）

－Gly－Gly），将其键合在聚合物纳米粒子表面，形成细胞传感光学探针（图11A）。探针的荧光信号处于猝灭状态，在基质金属酶的作用下，特异性多肽Pro－Leu－Gly－Val－Arg－Gly发生水解，荧光恢复，图11B为其机理图。采用这种光学细胞传感器可研究鳞2和状癌细胞中及结肠癌小鼠体内MMP-MMP-9的活性。

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“皇冠型”金纳米粒子研究caspase-3酶分子

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活性及其动力学过程示意图

Fig.8Schematicofthecrownnanoparticlestodetectcaspase-3

activityandenzymatickineticsunderinvitroconditions［23］

图8

采用聚合物复合纳米粒子分析细胞中

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酪氨酸蛋白激酶活性的机理图

Fig.9Schematicdiagramofprotein-phosphorylation-responsive

polymericnanoparticlesforimagingproteinkinase

activityinsinglelivingcells［25］

图9

1.3癌细胞中活性氧、pH值的研究

癌细胞中微环境（如活性氧、谷胱甘肽、pH值）的变化，可采用光学细胞传感器进行检测。对于活性氧，光学细胞传感界面的设计要求是：能识别细胞中产生的活性氧，并对其变化作出高灵敏响应；能从时间和空间上分辨出活性氧的产生。传统的活性氧敏感型光学探针存在易氧化、特异性差和灵敏度低等缺点，基于纳米粒子的活性氧光学细胞

肝素功能化的金纳米粒子用于转移

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性癌细胞检测的示意图

Fig.10Schematicillustrationofheparin-immobilizedgold

nanoparticles（AuNP－HHep）formetastatic

cancercelldetection［26］

图10