用于成像二维细胞培养单层和三维肿瘤球体缺氧的荧光分子探针：预测球体内探针分布的细胞膜分区模型

导语

今天给大家分享一篇发表在期刊 ACS Appl. Mater. Interfaces上的文献：

Fluorescent Molecular Probe for Imaging Hypoxia in 2D Cell Culture Monolayers and 3D Tumor Spheroids: The Cell Membrane Partition Model for Predicting Probe Distribution in a Spheroid.

▉ 概要

与在培养条件下的二维细胞单层相比，三维多细胞球体是更接近真实情况的肿瘤模型。尽管如此，多细胞球体在临床前研究中的应用仍然不足，部分原因是缺乏能够以非侵入性方式探测球体中所有单个细胞的荧光传感器。

这篇论文描述了一种深红色荧光分子探针的开发,用于成像二维细胞培养单层和三维肿瘤球体中的缺氧情况。

该探针在还原亚硝基酶存在下（在缺氧细胞中过表达）亚硝基基团被还原，从而荧光"开启"。作者合成了一系列第一代探针,发现带有喹啉基连接的探针比吡啶基连接的探针能更有效地作为亚硝基还原酶的底物。然而,这些探针在进入三维肿瘤球体内部时受到限制,主要积累在外围细胞中。为了解决这个问题,作者开发了一个理论膜分配模型,以预测探针性质如何影响其在球体内的分布。利用这个模型,作者设计了一种第二代探针,具有更小的尺寸和较低的亲脂性,在球体内表现出更均匀的分布。

图1. 

(a) 荧光硝基还原酶（NTR）探针的一般结构；

(b) 缺氧细胞内的硝基还原酶活性会还原硝基基团，并引发探针自发裂解，从而产生高荧光产物；

(c) 第一代低荧光硝基还原酶探针（P3N 和 Q1N–Q4N）、高荧光产物（P3 和 Q1–Q4）以及对照喹啉探针 Q1B 的化学结构。

参考文献：DOI：10.1021/acsami.4c22228