Studies on Fluorescent Dye for Detection of Various Biological Factors

Abstract

최근 전 세계인들은 다양한 질병으로 고통 받고 있다. 따라서 간단하고 효과적인 방법의 질병에 대한 진단과 치료는 필수적이다. 또한, 질병을 유발하는 인자를 선택적으로 감지하는 것 역시 중요하게 여겨지고 있다. 이러한 필요를 바탕으로, 우리는 다양한 질병을 유발하는 인자를 선택적으로 감지하는 형광 센서를 디자인 하는 연구를 진행하였다. 1장에서는 점성도(viscosity)에 민감한 형광 센서 연구에 대해 설명하였다. ‘Thiophenedihemicyanine’ 즉, BYJ-4로 명명한 센서는 미토콘드리아에 선택적으로 염색이 가능한 센서이다. 기존의 미토콘드리아 트래커인(Mitotracker Deep Red, MTDR)와 비교하여 더 높은 광학적 안정성을 보이고 월등히 높은 signalto-noise ratio(SNR)인 특성을 보이고 있다. 더욱더, BYJ-4 센서는 미토콘드 리아 멤브레인 전하에 높은 민감성을 보이고 미토콘드리아 내부의 점성도 변화에 민감하게 반응한다. 결과적으로, 이 센서는 실시간으로 피질 뉴런에 있는 미토콘 드리아의 수송을 실시간으로 모니터링 하는데 이용될 수 있다. 마지막으로, 이 센서는 Two-Photon Microscopy(TPM) 이미징이 가능하다. 따라서 NIR영역에서 관찰이 가능하다는 것이 큰 장점인 센서이다. 2장에서는 Peroxynitrite(ONOO- )를 선택적으로 감지하는 센서에 대해 연구하였다. 4-chloro-7-nitrobenzo[c][1,2,5]oxadiazole (NBD)형광체를 바탕으로 디자인 된 본 센서는 병리학적인 조건에서 ONOO-를 감지하도록 개발되었다. 본 연구는 NBD-ONOO라 명명한 센서가 산화 과정에 의해 야기된 메커니즘을 통해 ratiometric하고 colorimetric 한 반응을 보이는 것에 대해 연구하였다. NBD-ONOO센서는 ONOO-에 높은 선택성과 민감성을 가지고 있다.또한 이 57 센서는 ONOO-와 경쟁하는 OCl-와 반응하지 않는다. 이러한 이상적인 성질들로 인해 본 센서는 생물학적인 메커니즘에서 ONOO-를 발견하는 센서로서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 3장에서는 Hypoxia 상태에서 활성화되는 센서에 대해 연구하였다. 항암제, 저산소 상태에서 환원되어 형광체와 약물을 분비하게 만드는 nitro compound 그리고 이미징을 위한 형광체인naphthalimide 유도체를 항암제인 camptothecine와 결합시킨 복합체를 합성해 저산소 상태에서 특이적으로 약물과 형광체를 분비하여 암세포 사멸을 유도하고 더불어 이미징을 가능하게 하는 기술 연구를 진행하였다. 위 연구는 복합적인 작용기에 의해 쉽게 수정이 가능하고 암세포에 약물 전달 과정을 형광 변화를 통해 NIR 영역에서 관찰 할 수 있으며 암세포에 대한 복합적 인 선택성은 정확도를 높이고 부작용을 줄이는 장점을 가지고 있는 센서이다.;Recently, people around the world are suffering from various diseases, and thus, it is essential to develop a simple and effective method which can early diagnose and cure. Based on this necessity, we designed fluorescent probes that can detect in highly selectivity for factors related with various health problems. So there are some need for the invention of the probe that can detect the various biological factors. From now on, I will introduce that the studies on fluorescent dye for detection of various biological factors. In Chapter I, we have developed BYJ-4, namely thiophenedihemicyanine, the fluorescent probe of mitochondrial viscosity. By introducing a CHO group into the both side of the thiophene, this dye has two rotors on the both side of the molecule. The rotor in fluorescent molecule determines the viscosity in solutions. BYJ-4 can localize in mitochondria and quantitatively image its viscosity changes by fluorescence. As a result, we used this dye as a tracker which can monitor the mitochondria in cortical neurons. Lastly, we checked the ability of BYJ-4 in Two-Photon Microscopy (TPM) In Chapter II, In the study showed herein, the probe NBD-ONOO, which has a 4-chloro-7-nitrobenzo[c][1,2,5]oxadiazole (NBD), was improved for detection of peroxynitrite (ONOO-) under physiological conditions. The studies show that NBD-ONOO shows a dual ratiometirc and colorimetric response to ONOO- that is caused by an oxidation process. NBD-ONOO possessed highly selective and sensitive towards ONOO-. Moreover, NBD-ONOO does not have a response in OCl-. This would be ideal properties, probes of this type will find novel use in discoveries of the role played by ONOO- in biology. In Chapter III, Based on the hypoxia prodrug moiety of p-nitrobenzyl, selective fluorescent sensor(CL-1-1) for the detection of microenvironment hypoxia was designed and synthesized. CL-1-1 can be selectively activated by bioreductive enzymes (NTR). NTR is not naturally existed in mammalian cells. It is present in cancer cells. Therefore, by using these kind of factors, we could use CL-1-1 as a high efficiency treatment of tumors. Here we report successful application of this probe for imaging of NTR in vitro. This probe has a novelty in the development of cancer therapy approaches.