现代工程与应用科学学院魏辉教授课题组对肝素的检测方法研究取得新进展

  肝素是一种高度硫酸化的黏多糖,能够和抗凝血酶结合从而大大增强抗凝血酶对凝血酶和其他凝聚因子的抑制作用。肝素在临床上被广泛用作相关疾病的预防和治疗药剂,尤其是用作手术中的抗凝血剂。过量使用肝素会引起诸如大出血、血小板减少、高血钾、骨质疏松等副作用,因此肝素的剂量必须得到严格的监控。临床上用于肝素定量检测的方法有活化凝血时间法(ACT)和活化部分凝血活酶时间法(aPTT)等。然而这些方法用于肝素检测具有耗时长、价格昂贵、间接检测、数据不够可靠等缺点。针对这些问题,我校现代工程与应用科学学院魏辉教授课题组发展了一种高效检测肝素浓度的有机分子荧光探针TPE-1,该探针结合酶处理还可以对肝素中可能存在的重大污染物多硫酸软骨素(OSCS)进行定量检测。相关研究成果于2015年7月23日在线发表于 Chemical Science (Ding Y. B., Shi L. L., Wei H., A “Turn On” Fluorescent Probe for Heparin and Its Oversulfated Chondroitin Sulfate Contaminant, Chemical Science, 2015, doi: 10.1039/c5sc01675d.) 之后得到了国际同行的好评:“this smart strategy will generate a large array of light up biosensors with outstanding performance---Ben Zhong Tang from the Hong Kong University of Science and Technology”; “this interesting work will inspire the development of molecular probes and assays for biomolecules with high selectivity and sensitivity---Kenneth Kam-Wing Lo from the City University of Hong Kong”。并被Chemistry World,Scientific American,Xtalks News等进行了跟踪报道。
  该工作将经典的AIE (Aggregation induced emission, 聚集诱导荧光增强) 荧光团与一种对肝素具有特异性结合能力的多肽 (AG73) 相结合,构建出对肝素具有高灵敏度和高选择性的荧光增强型探针TPE-1。该探针能够在pH 3~10的范围内检测肝素浓度,并且不受复杂检测环境中多种阴离子、生物分子、尤其是肝素类似物如硫酸软骨素(Chs)和透明质酸(HA)的影响。该探针可以检测肝素的最低浓度为 3.8 ng/mL,远低于临床所需要的肝素浓度。此外,结合肝素酶处理,探针TPE-1还可以用于肝素中多硫酸软骨素(OSCS)的检测。多硫酸软骨素是一种高度硫酸化的人工合成黏多糖,曾经被人为添加进肝素并用于临床治疗,导致用药病人发生低血压、喉头肿胀等副作用并发生多起死亡病例。研究发现荧光探针TPE-1与肝素选择性结合后发出强荧光信号,而继续加入肝素酶水解肝素分子后,强荧光可以被淬灭。而肝素中存在的多硫酸软骨素能够与荧光探针TPE-1在一定程度上结合并抑制肝素酶活性,使得荧光探针在结合肝素的时候荧光减弱,而继续用酶处理后荧光无法被淬灭。通过比较酶处理前后的荧光信号的变化,荧光探针TPE-1可以用于多硫酸软骨素的含量检测。该方法检测多硫酸软骨素的检测限能够达到0.001%,和传统的一些方法如高效液相色谱法(HPLC)、核磁共振法(NMR)以及质谱法(MS)等相比,具有很好的灵敏度,不需要昂贵的测试仪器并且易于操作。
 
 
图1. 荧光探针分子TPE-1的结构。
 
图2. 荧光探针TPE-1 用于肝素检测,并结合肝素酶处理用于肝素污染物多硫酸软骨素的检测原理示意图。
 
  该项目得到了国家自然科学基金 (No. 21405081)、江苏省自然科学基金 (No. BK20130561, BK20140593)、江苏高校优势学科建设工程资助项目、江苏省双创计划、江苏省六大人才高峰、中央高校基本科研业务费专项资金 (No. 021314340052, 021314340060)、化学生物传感与计量学国家重点实验室(湖南大学)开放课题 (No. 2014002)、 、985经费等项目的支持。 
 
 
(现代工程与应用科学学院 科学技术处)