Small：仿生合成碳点用于实时可视化监测抑郁症中脂质过氧化水平

背景介绍：

      抑郁症是一种发病率高、普遍存在的精神疾病，严重威胁着人类的生命安全。近年来，大量研究表明，脑细胞脂质过氧化在抑郁症的发生和发展中起着至关重要的作用。丙二醛（MDA）是一种在细胞脂质区域产生的活性醛，是脂质过氧化的重要生物标志物。目前已开发出了一些灵敏、特异、无创的含氨基的小分子或纳米荧光探针，通过联氨和双醛基团之间的共价缩合反应用于体内和体外的MDA识别与检测。然而，这些荧光探针的响应率较慢（一般 > 30分钟）且不可逆，难以满足实时监测活细胞和活体内MDA的动态变化。因此，设计能够实时、动态识别MDA的探针仍然是一个挑战。

碳点（CDs）是一类尺寸小于10 nm的新型荧光碳纳米材料的统称，因其优异的稳定性、水溶性、低细胞毒性和独特的光致发光（PL）性能，使之在生物成像和肿瘤治疗等生物医学领域具有巨大的应用潜力。最近，一些研究小组报道了表面工程化的CDs用于蛋白质、DNA和RNA的非共价识别，其主要依赖这些生物大分子的空腔结构（例如口袋、凹槽和环）提供局部疏水环境以增强与CDs之间的非共价作用，如氢键和静电力等。然而，如何设计、合成能精准定位于细胞膜、同时可以动态和可视化监测脂质过氧化过程中产生的MDA的碳点荧光探针是一个重要的科学问题。

受细胞膜磷脂双分子层结构的启发，安徽大学材料科学与工程学院毕红教授课题组采用谷胱甘肽（GSH）和胆固醇为原料，通过溶剂热法仿生合成了一种双亲性碳点（CG-CDs）。如图1a所示，该碳点能够精准定位于细胞膜磷脂双分子层内，其表面的谷胱甘肽分子片段与MDA之间很容易形成氢键，与此同时，该碳点的3 nm尺寸及其表面胆固醇分子残基能促使其定位于细胞膜磷脂双分子层中，提供疏水微环境，显著提高对MDA的氢键识别效率。因此，CG-CDs不仅能够快速（< 5秒）、选择性地识别MDA，并伴有显著荧光增强，而且能够实时可视化监测斑马鱼活体大脑神经细胞膜脂质过氧化过程中MDA的波动（图1b）。采用CG-CDs可视化监测斑马鱼抑郁模型的研究结果表明，抑郁症的发生和发展与脂质过氧化引起的神经细胞损伤呈正相关。

图1. (a)双亲性碳点CG-CDs的合成示意图及其定位细胞膜机制。(b)通过在疏水微环境下与MDA形成氢键实时监测抑郁症中细胞膜脂质过氧化水平的示意图。

 相关成果以“Bio-Inspired Carbon Dots as Malondialdehyde Indicator for Real-Time Visualization of Lipid Peroxidation in Depression”为题发表在 Small 上。

全文链接：  https://doi.org/10.1002/smll.202400671

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