基于适配体荧光纳米探针的呕吐毒素细胞毒性成像分析研究
批准号:
32072310
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
吴世嘉
依托单位:
学科分类:
食品质量与安全检测
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴世嘉
中文摘要
真菌毒素严重污染粮食食品,极大地危害人体健康。探索真菌毒素毒性效应和作用机制是食品安全重要的研究方向。为解决食品毒理学和细胞分子生物学在真菌毒素毒理研究中的共性问题,本项目立足于多学科交叉融通,以呕吐毒素(DON)为研究对象,通过SELEX技术筛选DON及毒性通路中关键靶点(caspase-3)的适配体序列,合成光谱可辨的上转换纳米粒子,构筑适配体荧光探针。研究适配体探针跨膜递运机制,通过化学修饰提高其胞内稳定性。以人肝癌细胞(HepG2)为模型细胞,通过适配体原位捕获和多色上转换荧光标记,对胞内靶标进行实时动态成像监测。依据成像信息解析毒素“剂量-时空”分布特征,揭示毒性通路各靶点之间应答关系,阐明毒性效应及分子作用机制,进而建立细胞毒性可视化成像评价体系。本项目提出基于适配体荧光纳米探针的细胞成像分析可为真菌毒素的毒理研究提供新模式,有望推动多学科协同发展,对保障人体健康具有积极意义。
英文摘要
Mycotoxins contaminate broad range of grain foods and lead to serious human health problems. Exploring mycotoxins toxicity effect and mechanism is important for food safety. In order to solve the common problems of food toxicology and cellular molecular biology for mycotoxins toxicological research, in this work, based on the interdisciplinarity and accommodation, deoxynivalenol (DON) is chosen as the typical mycotoxin. Aptamers against deoxynivalenol and the key target (caspase-3) in toxicity pathway would be selected through Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment (SELEX). Upconversion nanoparticles (UCNPs) with multispectral emissions would be synthesized and functionalized with aptamers to form fluorescence probes. The transmembrane mechanism of the probes would be investigated. The resistance to enzymatic degradation of the probes would be improved by chemical modifications. Human liver cancer cell (HepG2) is used as the target cell, real-time and dynamic monitoring of targets in HepG2 through aptamer in situ capturing and multi-color UCNPs labeling would be achieved. The distribution characteristics of “dose-space time” of DON would be analyzed according to the imaging information. The response relationship among each target in toxicity pathway would be revealed. The toxicity effect and mechanism would be clarified, and the visualization evaluation system for cellular cytotoxicity would be developed. The cell imaging platform based on aptamer functionalized fluorescence probes can provide a new mode for toxicological research of mycotoxins, and is significant to facilitate the coordinated development of multiple disciplines and human health.
真菌毒素的严重污染对粮食食品构成了巨大的威胁,极大地危害了人体健康。因此,探索真菌毒素的毒性效应及其作用机制成为食品安全研究的重要方向。为解决食品毒理学和细胞分子生物学在真菌毒素研究中的关键科学技术问题,本项目以呕吐毒素(DON)为研究对象,首先通过Capture-SELEX技术成功筛选出特异性结合DON的适配体序列DN-2,其Kd值为40.36 ± 6.32 nM,显示出优异的结合亲和力。基于此,合成了多色光谱可调的上转换荧光纳米粒子,并进行了表面修饰与界面组装研究,构建了适配体上转换荧光纳米探针。研究建立了荧光共振能量转移介导的“开-关型”检测方法,实现了对DON的精准识别与定量检测,检测灵敏度达到了0.64 ng/mL。此外,基于上述适配体探针的检测方法,开发了适用于现场快速检测的智能化检测装备,检测响应缩短至15分钟以内。同时,本项目研究了成像探针脂质体包埋技术,阐明了探针高效跨膜递运机制,通过化学修饰提高了适配体骨架的抗酶解稳定性,增强了荧光纳米探针在体内外的稳定性和生物相容性。构建DON-HepG2细胞模型,设计了基于HCR、CHA、DNAzyme walker等信号放大技术的细胞内原位捕获ROS、Cyt c、Caspase、miRNA等关键细胞凋亡因子的实时动态成像监测模式,并优化了成像条件,灵敏度达到了皮摩尔级别,成功建立了基于荧光成像分析的细胞毒性可视化评价体系。通过分析0-20 μg/mL剂量及0-12 h时间尺度下DON诱导的细胞内荧光成像信息,阐明了靶标分子的浓度变化、时空分布特征及其活化水平与相互应答关系。最后,通过将细胞荧光成像信息与细胞毒理学指标进行对比验证,深入解析了毒素诱导的细胞凋亡机制,明确了DON的细胞致毒通路及关键靶点分子的响应状态。本项目的研究成果为食品安全和毒理研究提供了新的理论基础和技术支持,对于保障食品安全和人体健康具有重要的科学意义。
基于深度学习辅助细胞内多种microRNAs荧光成像的真菌毒素联合毒性评价研究
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批准号:32572707
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:吴世嘉
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依托单位:
上转换-二氧化钛红外光催化降解呕吐毒素作用机理及产物安全性评价研究
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批准号:31772086
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:吴世嘉
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依托单位:
基于增敏型上转换荧光纳米探针的微生物毒素检测新方法研究
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批准号:31401576
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2014
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负责人:吴世嘉
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依托单位:
国内基金
海外基金