Перспективные люминесцентные сенсоры на основе новых малеимидных производных 1,8-нафталимида для избирательного обнаружения биогенных тиолов

Аннотация

Цистеин, гомоцистеин и глутатион являются биогенными тиолами, которые выполняют важные функции в организме человека: поддерживают окислительно-восстановительный гомеостаз клеток, регулируют многие сигнальные процессы и др. Изменения концентрации указанных веществ в крови вызывает серьезные нарушения в функционировании важных систем организма, что может привести к развитию тяжелых заболеваний. В связи с этим разработка новых веществ-сенсоров, чувствительных к отмеченным изменениям, представляет важную задачу современных биомедицинских исследований. Синтезированы два типа новых производных 1,8-нафталимида (флуорофоров 8, 9 и 14, 17), которые могут быть использованы для детектирования биогенных тиолов. Первый тип содержит малеимидную функциональную группу в четвертом положении ароматического кольца, второй --- в имидном атоме азота. Для указанных целевых соединений изучено влияние изменения концентрации цистеина на спектрально-люминесцентные свойства в фосфатном буферном растворе. В связи с наличием фотоиндуцированного переноса электрона исходные флуорофоры 8, 9 и 14, 17 обладают низкими значениями яркости и квантовыми выходами флуоресценции. Добавление к ним биогенного тиола приводит к значительному увеличению интенсивности флуоресценции красителей. Последнее обусловлено протеканием реакции Михаэля, сопровождающейся образованием аддуктов, которые обладают значительно более выраженными люминесцентными свойствами. Для соединений лидеров --- флуорофоров 8 и 17 --- рассчитаны значения концентрационных пределов обнаружения (5 и 13 нМ). Их низкие значения в сочетании с уникальными оптическими свойствами позволяют рассматривать новые малеимидные производные 1,8-нафталимида в качестве перспективных люминесцентных сенсоров на биогенные тиолы

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания (FSSM-2025-0002)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Юрьев Д.Ю., Ткаченко С.В., Ощепков М.С. и др. Перспективные люминесцентные сенсоры на основе новых малеимидных производных 1,8-нафталимида для избирательного обнаружения биогенных тиолов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2026, № 2 (125), с. 111--131. EDN: VVHNQZ

Литература

[1] Kukurt A., Gelen V., Baser O., et al. Thiols: role in oxidative stress-related disorders. In: Accenting Lipid Peroxidation. IntechOpen, 2021, pp. 229--354. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.96682

[2] Rehman T., Shabbir M.A., Inam-Ur-Raheem M., et al. Cysteine and homocysteine as biomarker of various diseases. Food Sci. Nutr., 2020, vol. 8, no. 9, pp. 4696--4707. DOI: https://doi.org/10.1002/fsn3.1818

[3] Filip N., Pinzariu A.C., Maranduca M.A., et al. New insights into the roles of cysteine and homocysteine in pathological processes. In: Cysteine --- New Insights. IntechOpen, 2024, pp. 517--576. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.1005592

[4] Shiao S.P.K., Lie A., Yu C.H. Meta-analysis of homocysteine-related factors on the risk of colorectal cancer. Oncotarget, 2018, vol. 9, no. 39, pp. 25681--25697. DOI: https://doi.org/10.18632/oncotarget.25355

[5] Ulrich K., Jakob U. The role of thiols in antioxidant systems. Free Radic. Biol. Med., 2019, vol. 140, pp. 14--27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.05.035

[6] Poimenova I.A., Sozarukova M.M., Ratova D.M.V., et al. Analytical methods for assessing thiol antioxidants in biological fluids: a review. Molecules, 2024, vol. 29, no. 18, pp. 4433--4451. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules29184433

[7] Wang L., Jin F., Jiang X., et al. Fluorescent Probes and mass spectrometry-based methods to quantify thiols in biological systems. Antioxid. Redox Signal., 2022, vol. 36, no. 4-6, pp. 354--365. DOI: https://doi.org/10.1089/ars.2021.0204

[8] Zhou C., Zhang Y., Sun Y., et al. A review of 1,8-naphthalimide-based fluorescent probes: structural design strategies and diverse applications. J. Mol. Struct., 2026, vol. 1349-1, art. 143604. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2025.143604

[9] Nair D.P., Podgorski M., Chatani S., et al. The thiol-Michael addition click reaction: a powerful and widely used tool in materials chemistry. Chem. Mater., 2014, vol. 26, no. 1, pp. 724--744. DOI: https://doi.org/10.1021/cm402180t

[10] Berne D., Ladmiral V., Leclerc E., et al. Thia-Michael reaction: the route to promising covalent adaptable networks. Polymers, 2022, vol. 14, no. 20, art. 4457. DOI: https://doi.org/10.3390/polym14204457

[11] Belbekhouche S., Guerrouache M., Carbonnier B. Thiol--maleimide Michael addition click reaction: a new route to surface modification of porous polymeric monolith. Macromol. Chem. Phys., 2016, vol. 217, no. 8, pp. 997--1006. DOI: https://doi.org/10.1002/macp.201500427

[12] Dong B., Lu Y., Zhang N., et al. Ratiometric imaging of cysteine level changes in endoplasmic reticulum during H₂O₂-induced redox imbalance. Anal. Chem., 2019, vol. 91, no. 9, pp. 5513--5516. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b01457

[13] Zhou L., Li Y., Zhou A., et al. A new endoplasmic reticulum (ER)-targeting fluorescent probe for the imaging of cysteine in living cells. J. Fluoresc., 2020, vol. 30, no. 6, pp. 1357--1364. DOI: https://doi.org/10.1007/s10895-020-02615-x

[14] Wang S., Huang Y., Guan X. Fluorescent probes for live cell thiol detection. Molecules, 2021, vol. 26, no. 12, art. 3575. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules26123575

[15] Qian J., Zhang G., Cui J., et al. Fluorescent detection of biothiols with maleimide-based probes: effect of the spacer on the selectivity. Sens. Actuators B Chem., 2020, vol. 311, art. 127923. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127923

[16] Niu H., Liu J., O’Connor H.M., et al. Photoinduced electron transfer (PeT) based fluorescent probes for cellular imaging and disease therapy. Chem. Soc. Rev., 2023, vol. 52, no. 7, pp. 2322--2357. DOI: https://doi.org/10.1039/d1cs01097b

[17] Qu L., Yin C., Huo F., et al. A maleimide-based thiol fluorescent probe and its application for bioimaging. Sens. Actuators B Chem., 2014, vol. 195, pp. 246--251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.01.026

[18] Liu T., Huo F., Yin C., et al. A triphenylamine as a fluorophore and maleimide as a bonding group selective turn-on fluorescent imaging probe for thiols. Dyes Pigm., 2016, vol. 128, pp. 209--214. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2015.12.031

[19] Zhu X., Gao H., Zan W., et al. A rational designed thiols fluorescence probe: the positional isomer in PET. Tetrahedron, 2016, vol. 72, no. 16, pp. 2048--2056. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tet.2016.03.013

[20] Qian J., Zhang G., Cui J., et al. Fluorescent detection of biothiols with maleimide-based probes: effect of the spacer on the selectivity. Sens. Actuators B Chem., 2020, vol. 311, art. 127937. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127923

[21] Ohno H., Sumitani S., Sasaki E., et al. Recent advances in fluorogenic probes based on twisted intramolecular charge transfer (TICT) for live-cell imaging. Chem. Commun., 2025, vol. 61, no. 69, pp. 12871--12884. DOI: https://doi.org/10.1039/D5CC01802A

[22] Wu Y., Ge C., Zhang Y., et al. ICT-based fluorescent probes for intracellular pH and biological species detection. Front. Chem., 2023, vol. 11, no. 5, art. 1304531. DOI: https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1304531