正如化學(xué)分子的地位一樣，細(xì)胞對生物學(xué)家、微生物學(xué)家、醫(yī)學(xué)科學(xué)家、醫(yī)生等具有最基本和不可替代的作用。細(xì)胞是世界上所有生物中最小但必不可少的結(jié)構(gòu)和功能單位。同時(shí)，作為陸地生命的起源，細(xì)胞水平的研究有助于了解生命進(jìn)化和應(yīng)對各種疾病。為了保持所有研究結(jié)果的可靠性和重復(fù)性，必須保持每個(gè)細(xì)胞系的純度和真實(shí)性。但可悲的事實(shí)是，自20世紀(jì)60年代以來，全球已有400多個(gè)使用過的細(xì)胞系被誤認(rèn)。另外，對聚集在正常細(xì)胞中的癌細(xì)胞的鑒定和分類也更為迫切。因此，設(shè)計(jì)更多的策略、材料和系統(tǒng)用于細(xì)胞系鑒定、受污染細(xì)胞評估和癌細(xì)胞鑒別是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。
最近，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)在《ACS Nano》上發(fā)表了題為“Multifunctional Supramolecular Assemblies with Aggregation-Induced Emission (AIE) for Cell Line Identification, Cell Contamination Evaluation, and Cancer Cell Discrimination”的文章，利用了四苯基乙基(TPE)衍生物與葫蘆[8]脲 (CB[8])的主-客體相互作用，構(gòu)建了三種超分子AIE(聚集誘導(dǎo)發(fā)射)納米組裝體。TPE衍生物與CB[8]組裝后獲得了更強(qiáng)的熒光發(fā)射和更高的熒光量子產(chǎn)率。此外，所構(gòu)建的超分子AIE復(fù)合物獲得了良好的納米結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出不同的尺寸和形狀。相應(yīng)地，它們產(chǎn)生了細(xì)胞特有的生物特性和熒光增強(qiáng)。受到大數(shù)據(jù)分析概念的啟發(fā)，這些熒光信號通過線性判別分析進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為細(xì)胞獨(dú)特的指紋。在定性分析中，可以正確鑒別一個(gè)正常的細(xì)胞系、兩個(gè)癌細(xì)胞系和兩個(gè)轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞系。更重要的是，它被很好地用于監(jiān)測交叉污染細(xì)胞的評價(jià)和癌細(xì)胞的鑒別。作為理想的超分子納米材料的生物應(yīng)用，該系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和應(yīng)用，整個(gè)過程保持在20分鐘，沒有細(xì)胞破壞、離心、洗滌步驟。
圖文導(dǎo)讀
1. 超分子AIE配合物的性能與形貌
為了建立主客體識別，選擇了三種具有不同吡啶基團(tuán)的水溶性AIE發(fā)光體作為客體分子，而葫蘆[8]脲（CB[8]）作為宿主（圖1B）。用1H NMR譜證實(shí)了這三種含CB[8]的AIE超分子配合物的自組裝行為。
利用掃描電鏡（SEM）和低溫透射電鏡（cryo TEM）對AIE超分子組裝體的形貌進(jìn)行了表征。疏水的TPE核能聚集在一起，CB[8]尾能將吡啶固定在規(guī)則的排列。正是這種分子排列導(dǎo)致了不同的外觀（大小和形狀）。此外，這也會影響其細(xì)胞、生物過程和功能的相互作用能力。而且，三種AIE超分子組裝體在生物應(yīng)用體系中均能保持其形態(tài)特征。
2. AIE超分子配合物的生物應(yīng)用
用TPE-2EP@CB[8]、TPE-3EP@CB[8]和TPE-4EP@CB[8]對SV-HUC-1細(xì)胞（正常）和T24細(xì)胞（癌）分別進(jìn)行染色。三種AIE超分子組裝物均能對細(xì)胞進(jìn)行染色，TPE-2EP@CB[8]效果最好，可以同時(shí)染色細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)。
他們還進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。同一細(xì)胞系上的熒光強(qiáng)度在與不同種類的組件孵育后的增長率是不同的。細(xì)胞經(jīng)TPE-2EP@CB[8]處理的熒光增強(qiáng)最強(qiáng)。這說明三個(gè)AIE超分子組裝體對同一細(xì)胞系具有不同的親和力，由于它們獨(dú)特的外觀。此外，同一種組裝體與不同的細(xì)胞株孵育時(shí)，其熒光響應(yīng)也不同。在相同的方案下，T24細(xì)胞比SV-HUC-1細(xì)胞有更明顯的熒光增量。AIE超分子組裝體對不同的細(xì)胞系具有不同的親和力。這種生物學(xué)特性為構(gòu)建熒光指紋圖譜實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分類奠定了基礎(chǔ)。
探討了AIE超分子組裝體用于細(xì)胞系鑒定的可行性。選擇SV-HUC-1細(xì)胞、T24細(xì)胞、UMUC3細(xì)胞、DU145細(xì)胞和HeLa細(xì)胞構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。其中SV-HUC-1細(xì)胞為正常細(xì)胞系，T24細(xì)胞和UMUC3細(xì)胞為相關(guān)但不同的癌細(xì)胞系，DU145細(xì)胞為男性組的轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞系，HeLa細(xì)胞為女性組的轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞系。三個(gè)AIE超分子組裝物在加入上述細(xì)胞后呈現(xiàn)特定的熒光強(qiáng)度變化。采用三種組合的三個(gè)通道構(gòu)建細(xì)胞識別指紋，可以將所有細(xì)胞系完全分離。
他們還實(shí)現(xiàn)了交叉污染細(xì)胞的鑒定。將HeLa細(xì)胞以不同比例混入T24細(xì)胞。超分子AIE組裝體與所有這些交叉污染細(xì)胞孵育后，其熒光強(qiáng)度增加率形成其獨(dú)特的圖案特征。采用了三通道策略，所有交叉污染的樣本都很好地聚集成協(xié)調(diào)組，并且彼此完全區(qū)別開來。
他們對癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的鑒別也進(jìn)行了研究。將正常的SV-HUC-1細(xì)胞與其癌T24細(xì)胞進(jìn)行不同數(shù)量的混合。同樣采用三通道策略實(shí)現(xiàn)了癌細(xì)胞的識別。
亮點(diǎn)小結(jié)
總之，通過主客體超分子化學(xué)，設(shè)計(jì)了三種具有良好納米結(jié)構(gòu)的超分子AIE組裝體，以獲得更強(qiáng)的熒光發(fā)射和更高的熒光量子產(chǎn)率。利用不同的組裝行為，它們在與測試細(xì)胞孵育后呈現(xiàn)特定的熒光響應(yīng)。通過LDA進(jìn)一步將這些熒光信號轉(zhuǎn)換成二維標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)圖，迅速構(gòu)建了具有很強(qiáng)分辨力的指紋圖譜，實(shí)現(xiàn)了對正常細(xì)胞系、不同癌細(xì)胞系和不同轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞系的定性鑒別。AIE超分子組裝體在基礎(chǔ)研究和臨床治療中有著廣闊的應(yīng)用前景。
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