隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測(cè)生物過程在推動(dòng)科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。新興的檢測(cè)技術(shù)不僅深化了我們對(duì)復(fù)雜生物過程的理解，促進(jìn)了工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制，還為跨學(xué)科應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。盡管對(duì)生物機(jī)制、代謝途徑和藥物毒性效應(yīng)的分子層面研究至關(guān)重要，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段在面對(duì)復(fù)雜生物基質(zhì)和結(jié)構(gòu)相似的分析物時(shí)，常常受限于靈敏度和分辨率，影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。將19F核磁共振與化學(xué)傳感策略相結(jié)合，能夠有效減少背景干擾，顯著提升檢測(cè)靈敏度，為生物代謝小分子的高效分析提供創(chuàng)新性解決方案。
 

　　中國(guó)科學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所趙延川研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于含氟核磁共振探針及相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的研發(fā) (Chem. Rev.2019,119, 195;Chem. Rec. 2023,e202300031)。團(tuán)隊(duì)發(fā)展了識(shí)別賦能色譜核磁檢測(cè)方法 (Recognition-Enabled Chromatographic NMR)，基于含氟探針與分析物動(dòng)態(tài)相互作用產(chǎn)生的特征性氟譜信號(hào)，與分析物一一對(duì)應(yīng)。這一檢測(cè)方法不僅可以用于高靈敏度復(fù)雜體系原位分析檢測(cè) (Anal. Chem.2021,93,2968;Anal. Chem.2022,94,8024;Anal. Chem. 2024,96,6463),也可以用于手性醇、胺、羧酸、腈等化合物的對(duì)映體組成分析及絕對(duì)構(gòu)型判定 (Cell Rep. Phys. Sci.2020,1,100100;JACS Au 2023,3,1348;Anal. Chem. 2024,?96,730;Anal. Chem. 2024,96,1144;Anal. Chem. 2024,96,13551)。
 

　　近日，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型自組裝19F標(biāo)記核磁探針用于生物代謝小分析的實(shí)時(shí)分析檢測(cè)，相關(guān)研究發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202417112)。這種探針能夠與核苷酸等小分子結(jié)合，觸發(fā)探針的解聚集過程進(jìn)而激活19F核磁共振信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于每種分析物的獨(dú)特信號(hào)指紋，從而實(shí)現(xiàn)多種分析物的同時(shí)精確識(shí)別與檢測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)為生物機(jī)制研究、酶動(dòng)力學(xué)分析、藥物篩選及疾病診斷等領(lǐng)域提供了新的原位檢測(cè)方法。
 

圖1. 智能自組裝含氟探針檢測(cè)小分子生物代謝物
 

　　以ATP水解酶Apyrase活性的檢測(cè)為例，當(dāng)探針與ATP、ADP和AMP結(jié)合時(shí)，將產(chǎn)生與各分析物對(duì)應(yīng)的獨(dú)特19F NMR信號(hào)。這些信號(hào)的強(qiáng)度變化能夠精確追蹤ATP在Apyrase催化下的逐步水解過程。具體表現(xiàn)為，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，ATP信號(hào)逐漸減弱，而ADP信號(hào)先是增強(qiáng)然后減弱，AMP信號(hào)則持續(xù)增強(qiáng)。此外，通過對(duì)不同來源的Apyrase樣品進(jìn)行檢測(cè)，該系統(tǒng)能夠區(qū)分其ATPase與ADPase的活性，從而證實(shí)該技術(shù)在酶活性評(píng)估及質(zhì)量控制中的應(yīng)用價(jià)值。這種19F標(biāo)記的探針為酶促反應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了一種高效工具，不僅能精確評(píng)估酶活性，還適用于藥物篩選。隨著此技術(shù)的進(jìn)一步普及與應(yīng)用，其將在疾病診斷和生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
 

圖2. 利用含氟探針原位檢測(cè)ATP水解過程
 

　　上海有機(jī)所趙延川課題組的徐振創(chuàng)博士、王晨陽(yáng)碩士、何勝源碩士為該論文的共同第一作者，趙延川研究員為通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所先進(jìn)氟氮材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。