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Scientific Reports:量子点构建生物传感器可诊断帕金森氏病

来源:《科学报告》 2013-04-06 09:06

来自华东理工大学,生物反应器工程国家重点实验室的研究人员针对目前帕金森氏病早期诊断面临的挑战,利用量子点构建了一种complex I 生物传感器,并通过实验证明这一系统将能用于帕金森氏病的早期诊断及病情进展监控。这一研究成果公布在Nature出版社旗下开放性获取期刊《科学报告》(Scientific Reports)杂志上。

文章的通讯作者是华东理工大学龙亿涛教授,龙教授早年毕业于山东大学,曾荣获国家杰出青年基金,被聘为“东方学者 ”特聘教授,上海市曙光学者,主要研究方向包括纳米通道单分子分析,生物醌合成与电化学,环境污染物现场快速检测设备及系统等。

帕金森氏病(PD)是一种复杂的神经退行性疾病,引发了老年人许多不同的症状,这些症状可能都是由于相同的途径导致的。目前,帕金森病的诊断主要依赖于临床观察,无法建立的实验室标准检测或生物传感器,精确可靠的识别这种疾病。而且由于一些症状与其它疾病重叠,尤其是发病早期,也导致了这种疾病诊断带来的挑战。

临床上迫切需要开发用于诊断这种疾病发生发展的生物传感器,为此在这篇文章中,研究人员利用量子点(Quantum dots ,QDs)展开了研究。量子点是一些微小的发光晶体,由于其很多优于有机染料的吸收与发射性能,包括吸收光谱宽、发射光谱窄、抗光漂白等等,因此在医学成像和药物转移等方面有很大的应用潜力,医学上利用这种晶体观测图像引导手术,光激活疗法,以及敏感诊断试验。

研究表明,线粒体中NADH:泛醌氧化还原酶(complex I)受到抑制,可能是偶发性帕金森氏病的主要原因,这种complex I的异常会引起多巴胺神经元受到阻抑,从而引起帕金森氏病的主要临床症状。complex I活性缺失与PD病症之间的关联将能用于PD的早期诊断和监测。

因此研究人员利用带有不同烷基间隔的泛终止二硫键(ubiquinone-terminated disulphides),构建了一种complex I 生物传感器。其中QD生物荧光的增强或淬火可以作为QnNS氧化还原状态的功能表象,生物共轭QnNS-QDs激发在存在NADH的时候,受到complex I的调控,刺激线粒体呼吸链电子传递系统,从而形成了一种体内和细胞内的complex I传感器。

研究人员通过实验证实了这种QnNS-QDs系统,在SH-SY5Y细胞中能监控不同complex I水平,从而能用于帕金森氏病的早期诊断及病情进展监控。(生物谷Bioon.com)

Ubiquinone-quantum dot bioconjugates for in vitro and intracellular complex I sensing

Wei Ma; Li-Xia Qin; Feng-Tao Liu; Zhen Gu; Jian Wang; Zhi Gang Pan; Tony D. James; Yi-Tao Long

Quantum dots (QDs) have attracted increasing interest in bioimaging and sensing. Here, we report a biosensor of complex I using ubiquinone-terminated disulphides with different alkyl spacers (QnNS, n = 2, 5 and 10) as surface-capping ligands to functionalise CdSe/ZnS QDs. The enhancement or quenching of the QD bioconjugates fluorescence changes as a function of the redox state of QnNS, since QDs are highly sensitive to the electron-transfer processes. The bioconjugated QnNS-QDs emission could be modulated by complex I in the presence of NADH, which simulates an electron-transfer system part of the mitochondrial respiratory chain, providing an in vitro and intracellular complex I sensor. Epidemiological studies suggest that Parkinson's patients have the impaired activity of complex I in the electron-transfer chain of mitochondria. We have demonstrated that the QnNS-QDs system could aid in early stage Parkinson's disease diagnosis and progression monitoring by following different complex I levels in SH-SY5Y cells.

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