生物硫醇响应型探针的设计合成及应用文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

拟研究或解决的问题：

本研究拟设计一种新型生物硫醇响应探针，用以区分三种不同的巯基氨基酸，分别为GSH，Hcy，Cys，并进一步用于癌细胞成像研究。

采用的研究手段：

选择半菁类结构作为近红外荧光团，首先利用含氟基团在药物设计中的特性，设计了一种新型的GSH等硫醇响应基团，含氟基团不仅对荧光团提供了一种强作用力使得荧光猝灭，其亲脂性可使得探针更易于穿透细胞膜；进行体外表征，并对其各种硫醇的响应能力做出探讨，进行抗干扰实验以说明探针更为优秀的抗干扰能力。紧接着，在在细胞上考察探针的细胞毒性、细胞器定位、穿透能力、并利用激光共聚焦考察细胞响应能力、抗干扰能力等；动物水平，利用活体成像技术验证探针对于肿瘤的响应性。

文献综述：

癌症是威胁人类健康最为主要的疾病之一，尽管目前癌症的治疗手段极其多样，抗癌药物的研发亦是生物医药最为热门的领域，然而癌症依然具有着极高的死亡率。造成肿瘤高死亡率的原因主要有两方面，一是早期诊断困难，多数患者确诊癌症时已是中晚期，此时器官已经衰竭，抢救无效，又或抵抗不住治疗手段的巨大副作用而放弃治疗；二是肿瘤的侵袭转移难以追踪，导致除瘤不彻底，癌症复发。研究数据显示，多于70%的卵巢癌在确诊之前已经发生了转移或恶化^[1]。因此，开发对于肿瘤具有高灵敏度、高选择性的诊断方法迫在眉睫。

用于肿瘤早期诊断的方法有基因检测、血液生化指标、肿瘤标志物、内窥镜等，这些方法多数情况下难以有效定位肿瘤形成部位。近来，多种成像模式，如核磁共振成像（MRI）^[2]、正电子成像（PET）^[3]、计算机断层扫描（CT）^[4]、X射线照相和超声波成像^[5]，被广泛用于检测肿瘤区域的结构和功能变化。然而，这些传统成像模式的主要缺陷在于它们很难在病变与正常组织附近获得高对比度成像，同时也很难区分恶性肿瘤和良性病变，灵敏性较差。多模态成像可克服单一成像方式的劣势，如PET/CT既可显示分子水平影像又有清晰的组织结构；近年来兴起的荧光成像因可实时、动态、活体显示肿瘤的分子水平变化而受到广泛的研究关注，将荧光成像与其他成像方式联合使用、互补优劣，是未来分子医学影像学的重要趋势之一^[6]。

近红外荧光探针的应用为肿瘤领域的诊治研究提供了一种极具潜力的新手段，正引起科研工作者的广泛兴趣。荧光探针可于分子水平成像且改造空间大、可修饰性强，并具有响应时间短、成本较低等优点，在生物医药的研究方面受到广泛应用。特别是在近红外光谱范围（700nm-900nm）内，组织器官的自发荧光较低，对近红外光的吸收亦较低，因此近红外荧光在体成像背景干扰小，组织穿透性强。常用的近红外荧光染料有菁类（Cy）^[7]、氟硼吡咯类（BODIPY）^[8]、方酸类^[9]、苯并吩噁嗪类^[10]、萘酰亚胺类^[11]及复合类^[12-13]等。经典的菁类染料含R2N-(CH=CH)n-CH=N R2的通式，可方便的通过延长-CH=CH-的链长使光谱红移。菁类染料由于具有摩尔吸光系数高、结构可修饰性强、光谱范围易于调节等优点而成为最为常用的近红外荧光探针之一，然而，菁类染料在应用过程中存在许多问题，例如化学稳定性和光稳定性差、容易分解、易发生“光漂白”现象^[14]；菁类染料在水溶液中容易发生自聚，使荧光量子产率降低^[15]；菁类染料PET效率较低，基于菁类染料设计的PET荧光探针灵敏度受到限制^[16]。而将菁类染料的结构片段与其它光区染料结构相连，增加分子的共轭结构，可得到复合结构的近红外荧光探针；如湖南大学研究者设计了一系列的半菁类结构，既保留了菁类结构的优良性质，同时又提高了探针的量子产率、化学稳定性和光稳定性^[13]。

传统荧光探针结构上主要包含识别基团、连接臂和荧光团三大区域。其识别机理主要是利用主客体之间弱的相互作用，包括光诱导电子转移（PET）^[17]、分子内电荷转移（ICT）^[18]、荧光共振能量转移(FRET)^[19]、激发态分子内质子转移(ESIPT)^[20-21]等，存在着灵敏度低、选择性不专一等缺点。近几年来，反应型荧光探针引起人们的关注，它可以利用不可逆的化学反应，对客体分子实现高效、快速、专一的识别。从某种意义上说，反应型荧光探针仅仅是借助超分子化学主客体分子的部分理论和概念，它实际上是利用特定的化学反应形成或者破坏主体与客体间强的相互作用进行识别，与传统的荧光探针有本质上的区别。而肿瘤微环境与正常组织微环境之间的差别为这种反应型荧光探针的设计提供了极为有利的条件。