Rational design of near-infrared fluorescent probes for superoxide anion radical: Enhancement of self-stability and sensitivity by self-immolative linker

化学 荧光 连接器 荧光团 超氧化物 光化学 赫拉 活性氧 结合 组合化学 生物物理学 有机化学 生物化学 体外 操作系统 物理 数学分析 生物 量子力学 计算机科学 数学
作者
Kaiyun Ji,Jinpeng Shan,Xing Wang,Xiaoli Tan,Jingli Hou,Yangping Liu,Yuguang Song
出处
期刊:Free Radical Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:167: 36-44 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2021.02.029
摘要

Fluorescent imaging of cellular superoxide anion radical (O2•-) is of great significance to investigate reactive oxygen species-related pathophysiological processes and drug metabolism. However, the application of this technique is far away from maximum partially due to the lack of suitable probes. In this work, we propose a new strategy for design of near-infrared (NIR) O2•- fluorescent probes in which p-cresol is used as a self-immolative linker to conjugate the NIR fluorophore DDAO (9H-1,3-Dichloro-7-hydroxy-9,9-dimethylacridine-2-one) with the O2•--sensing group (i.e., trifluoromethanesulfonate). The introduction of self-immolative linker effectively increases the self-stability of these probes under physiological conditions. Importantly, the electron-withdrawing halogen substituents on the linker greatly enhance the sensitivity of the probes to O2•-. As such, the representative probe DLS4 exhibits high self-stability over a broad range of pHs (5.0–8.5), high selectivity as well as excellent sensitivity to O2•- with a detection limit (LOD) of 7.3 nM and 720-fold fluorescence enhancement upon reaction with O2•-. Moreover, DLS4 enables imaging of O2•- generation in PMA-stimulated RAW 264.7 cells and HeLa cells, and the fluorescence intensities are proportional to the PMA concentrations. In addition, the doxorubicin-induced cytotoxicity of H9c2 cells was also evaluated using DLS4. The present study provides a novel strategy for molecular design of small-molecule O2•- fluorescent probes and the resulting probes show great potential as reliable tools to study the development and progression of O2•--related diseases and drug metabolism in various systems.
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