Development of Fluorescent Probes for Imaging Biomolecules and Photodynamic Therapy

Abstract

The purpose of this study is to design and synthesize fluorescent probes that can be utilized in imaging certain biomolecules in cells. Another purpose is to develop a fluorescent material that can work efficiently in photodynamic therapy. In chapter Ⅰ, a two-photon fluorescent probe based on naphthalimide skeleton was studied. This probe can target hydrogen disulfides, which is known to play important roles in many types of intercellular processes. The research confirmed that this probe is able to detect hydrogen disulfides both in solution and cells. Moreover, hydrogen disulfides in hippocampal tissue of mouse could be also imaged using this probe. In chapter Ⅱ, peroxynitrite (ONOO-) targeting probe was studied. By introducing different halogen atoms to the basic structure of the fluorophore, the fluorescence intensity differed due to its electron withdrawing ability. After selecting the fluorophore that has the best fluorescence intensity at physiological pH, targeting moiety of ONOO- was introduced. Photophysical properties of the synthesized probe and cell confocal images were obtained and studied. MTT assays and confocal images confirmed that this probe is responsible for detecting ONOO- selectively in cells. In chapter Ⅲ, amphiphilic AIEgens were developed and tested via various methods. It was confirmed that this AIEgen was able to dissolve well in hydrophilic solvents, showing its biocompatibility. Moreover, it become fluorescent only after it reaches mitochondria, which indicates its selectivity. The PDT effect was also verified after light irradiation. This AIEgen could be successfully utilized in photodynamic therapy and this developing strategy is expected to be further studied. ;이 연구의 목적은 세포에서 중요한 생체 분자를 표적으로 삼을 수 있는 형광 프로브를 설계하고 합성하는 것이다. 또 다른 목적은 광역학 치료에서 효율적으로 작동할 수 있는 감광제를 개발하는 것이다. Ⅰ장에서는 나프탈이미드 골격을 기반으로 한 2 광자 형광 프로브를 연구했다. 이 프로브는 세포 내 병리학적 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 수소 폴리설파이드를 표적할 수 있다. 이 연구를 통해 개발한 형광 프로브가 용액과 세포에서 수소 폴리설파이드를 선택적으로 검출 할 수 있음을 확인했다. 더욱이, 이 프로브를 사용하여 쥐 해마 조직에서도 수소 폴리설파이드를 검출 할 수 있었다. Ⅱ장에서는 과산화질산염 (ONOO-) 표적 형광 프로브를 합성하고, 연구했다. 먼저, 4가지의 다른 형광체를 합성하여 실험을 통해 생리적 pH에서 형광 강도가 가장 좋은 형광체를 선택했다. 이후, 선택된 형광체에 ONOO-의 표적 부분을 도입하였다. 합성된 프로브의 광물리적 특성 연구와 세포 실험을 통해 과산화질염을 선택적으로 이미징 할 수 있음을 확인하였다. Ⅲ장에서는 다양한 방법을 통해 양친매성 AIEgen을 개발하고 시험하였다. 이 AIEgen은 친수성 용매에 잘 용해되어 생체 적합성을 보이는 것으로 확인되었다. 또한 미토콘드리아에 도달한 후에만 형광을 나타내어 높은 선택성을 보였다. 세포 실험을 통해 빛 조사 후의 세포 사멸 효과도 확인할 수 있었다. 이 AIEgen은 광역학 치료에 성공적으로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 합성 전략은 이후 다른 연구를 통해 더 발전 될 수 있을 것으로 기대된다.