科研速递 | 理工学院唐本忠院士和赵征教授在Biosensors and Bioelectronics上发表文章

前言

近日，香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠院士和赵征教授在《Biosensors and Bioelectronics》发表题为“A clickable AIEgen for visualization of macrophage-microbe interaction”的文章。

一

期刊介绍

Biosensors and Bioelectronics是Elsevier出版社旗下的刊物，于1985年创刊，为月刊。其致力于生物传感器和生物电子学研究、设计、开发和应用，是一本跨学科的主要国际期刊，为对生物材料开发和新型诊断和电子设备设计感兴趣的专业人士提供服务。在收录论文形式上，该刊目前主要收录研究型和综述类论文。2021年影响因子：12.545。

二

研究背景

微生物与人类健康息息相关。在微生物入侵人体的早期，巨噬细胞是发挥免疫作用的主要细胞之一。因此，将免疫细胞与微生物的相互作用可视化对于揭示先天性和适应性免疫系统的生理作用和工作机制具有重要意义。但是，目前缺乏快速稳定的微生物标记方法使研究人员对巨噬细胞-微生物相互作用的理解不足，进而严重阻碍了免疫细胞-微生物相互作用的研究。

三

研究方法

文章中作者合成了一种点击型的AIE荧光分子CDPP-NCS，并表征了其光物理性质（图1）。其最大吸收为455 nm，最大发射为 595 nm，在聚集态具有8.4%的量子产率。作者将其应用于细菌的共价标记，旨在可视化细菌与巨噬细胞的相互作用，以研究巨噬细胞的生理功能。

首先，作者进行了溶液中的生物分子标记实验，以验证CDPP-NCS的共价标记能力（图2）。以富含氨基的牛血清白蛋白（BSA）为模式生物分子，SDS-PAGE的结果表明AIE分子能够有效地共价标记BSA（图2）。同时，作者进行了细菌标记实验，同样证明分子能够有效共价标记细菌（图2）。在溶液与细菌标记测试取得良好结果后，作者进行了详细的细胞实验，以RAW264.7巨噬细胞为模式细胞，使用巨噬细胞吞噬细菌的过程为模型，验证了该分子可成功示踪细菌被巨噬细胞吞噬的过程（图3）。进一步，作者使用该点击型AIE分子研究了吞噬体与不同细胞器（溶酶体和线粒体）的相互作用，并成功可视化其过程（图4和图5）。结果表明，吞噬体与溶酶体会随着时间逐渐融合（图4），表明溶酶体可能会起到杀灭及消化被吞噬细菌的功能。而且，吞噬体与线粒体间会逐渐靠近，结合现有文献，作者推测线粒体在该过程中会为细菌杀灭过程提供能量和具有杀菌活性的活性氧。

总之，作者通过使用点击型的AIE分子，成功实现对细菌的共价标记，并将细菌与巨噬细胞的相互作用可视化，为微生物与巨噬细胞相互作用的研究提供了有力工具。

图1. CDPP-NCS分子的化学结构及其光物理性质表征。(a) 分子的化学结构；（b）分子的紫外-可见光吸收光谱和荧光发射光谱；(c) 分子的AIE曲线；（d）分子的理论计算结果。

图2. CDPP-NCS与生物分子共价连接的验证实验。（a）CDPP-NCS与牛血清白蛋白（BSA）上的氨基反应的示意图；（b）聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）的结果。上图为考马斯蓝结果和下图为荧光成像结果；（c）被CDPP-NCS标记的BSA在白光（左）和365 nm照射下的照片（右）；（d）CDPP-NCS和被CDPP-NCS标记的细菌的荧光发射光谱。λex = 455 nm。

图3. 巨噬细胞吞噬细菌过程的监测。被CDPP-NCS标记猴的金黄色葡萄球菌（红色）与RAW264.7巨噬细胞孵育不同时间的共聚焦图像。

图4. 吞噬体与溶酶体相互作用的长程监测。（a）被吞噬的金黄色葡萄球菌和溶酶体之间相互作用的示意图。（b）CDPP-NCS标记的金黄色葡萄球菌（红色）和溶酶体（绿色）在不同时间的共聚焦图像。（c）来自（b）叠加通道中黄色箭头上的荧光强度分布图。

图5. 吞噬体与线粒体相互作用的长程监测。（a）被吞噬的金黄色葡萄球菌和线粒体之间相互作用的示意图。（b）CDPP-NCS标记的金黄色葡萄球菌（红色）和线粒体（绿色）在不同时间的共聚焦图像。（c）来自（b）叠加通道中黄色箭头上的荧光强度分布图。

四

研究结论

在此工作中，作者成功设计并合成了点击型的AIE分子CDPP-NCS。其可与革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌包膜上的氨基反应，形成共价连接，进而有效标记细菌。并且由于共价键的存在，AIE分子可以长期驻留在细菌上。进一步，作者通过监测巨噬细胞吞噬细菌的过程来研究CDPP-NCS的可视化和跟踪能力。结果表明，CDPP-NCS标记的细菌可以在整个吞噬过程中被长时间示踪。此外，溶酶体和线粒体也被证实与吞噬体相互作用。因此，该点击型的AIE探针为生物过程的可视化和实时监测提供了一条有前景的途径。

五

作者简介

香港中文大学（深圳）唐本忠院士和赵征教授为本文通讯作者。

唐本忠，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程学会联合会“生物材料科学与工程Fellow”、英国皇家化学会会士、国家自然科学基金基础科学中心项目负责人，曾任广东省引进创新科研团队带头人、973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目负责人。现任中国化学会常务理事、华南理工大学和德国威利出版社（Wiley）联合期刊Aggregate主编、《中国科学：化学》副主编、《化学进展》副主编、Adv. Polym. Sci. （Springer）编辑等。在国内外顶尖杂志上发表论文1600余篇，他引十三万余次，h指数为163。曾先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017），何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第27届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。

赵征，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授，博导，校长青年学者，国家海外优秀青年基金获得者，深圳市鹏城孔雀计划C类人才。赵征教授于中国科学院上海有机化学研究所取得博士学位，后赴香港科技大学化学系进行博士后研究，2021年加入香港中文大学（深圳）理工学院担任助理教授开展研究工作。近年来围绕激发态的分子运动调控，对 AIE 分子的发光机理、构-效关系以及功能性以及应用探索等进行了系统深入的研究，在提高 AIE 分子的电荷传输和发光效率、发展固态分子运动调控的策略、揭示激发态分子运动的本质等方面取得了一系列创新性的研究成果。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Nano.、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Nat. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等国际顶级期刊发表论文80余篇，论文总计被引用5000余次，H-index为40。目前兼任科学出版社聚集诱导发光系列丛书编委，

National Science Review期刊编委，

Aggregate期刊顾问编委，

Chinese Chemical Letters期刊青年编委，

National Science Review期刊客座编辑，

Biomaterials期刊客座编辑，Chemosensor期刊客座编辑。

张子聪同学（博士研究生）、何威博士为论文的共同第一作者。

张子聪同学

张子聪，2018年毕业于上海交通大学，获得学士学位。2021年毕业于华南理工大学（导师：王迎军院士），获得硕士学位。现为香港中文大学（深圳）博士生（导师：唐本忠院士）。研究方向聚焦于聚集诱导发光探针在生物成像中的应用。

【END】

点击以下链接，进入理工时刻：