光力学的治療中のミトコンドリアにおけるATP変動をリアルタイムでモニタリングするための多機能ゼオライト・イミダゾレートフレームワーク-8

Multifunctional zeolitic imidazolate framework-8 for real-time monitoring ATP fluctuation in mitochondria during photodynamic therapy.

• Ke Wang
• Manping Qian
• Honglan Qi
• Qiang Gao
• Chengxiao Zhang

抄録

ゼオライト型イミダゾレートフレームワーク-8（ZIF-8）は、イメージング剤や薬剤のカプセル化やデリバリーにおける有望なベクターとして浮上しています。アデノシン三リン酸（ATP）は、細胞内の主要なエネルギー源であり、多くの細胞プロセスにおいて重要な役割を果たしている。ATP検出のために多数のプローブが開発されているが、光力学的治療（PDT）中のミトコンドリアにおけるATP変動をリアルタイムでモニターするために使用されたものはわずかであった。ここでは、光力学的治療中のミトコンドリアのATP変動をリアルタイムでモニターするために、ATP応答性の蛍光性ZIF-8を合成した。蛍光指標であるローダミンB（RhB）をZIF-8にカプセル化し、1つの工程で多機能RhB@ZIF-8を形成します。RhB@ZIF-8は、競合的な配位相互作用を介してZIF-8の分解と蛍光オフオンスイッチによりATPに迅速に反応し、検出限界35μMのATPに対して良好な感度と選択性を示します。さらに、RhB@ZIF-8は、生体親和性が高く、細胞透過性に優れているため、光力学的治療中の生きた細胞のミトコンドリアATP変動をリアルタイムでモニタリングし、イメージングすることに成功しました。その結果、ミトコンドリア中のATP濃度は光照射1分以内に上昇し、光照射時間の増加に伴って低下することが明らかになった。本研究は、RhB@ZIF-8がミトコンドリアのATP変動をモニターするための蛍光プローブとして有望であることを示すものであり、反応が速く、感度が良く、細胞内の内因性分子に反応する特性を持つことを示している。

Zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) is emerging as a promising vector in encapsulation and delivery of imaging agents or drugs. Adenosine triphosphate (ATP) is the primary energy source in cells and plays a key role in many cellular processes. Although numerous probes have been developed for ATP detection, only a few of them were used to real-time monitor ATP fluctuation in mitochondria during photodynamic therapy (PDT). Here, an ATP-responsive and fluorescent ZIF-8 is synthesized for real-time monitoring mitochondrial ATP fluctuation in living cells during photodynamic therapy. Rhodamine B (RhB) as a fluorescent indicator is encapsulated into ZIF-8 to form multifunctional RhB@ZIF-8 via a one step process. RhB@ZIF-8 can rapidly respond to ATP with ZIF-8 decomposition and fluorescence off-on switch via a competitive coordination interaction and exhibits good sensitivity and selectivity to ATP with a detection limit of 35 μM. Furthermore, RhB@ZIF-8 is successfully utilized for real-time monitoring and imaging mitochondrial ATP fluctuation in living cells during photodynamic therapy with good biocompatibility and high cell permeability. It is found that the ATP levels in mitochondria increased within 1 min of light irradiation and then decreased with further increase of the light irradiation time during PDT using an Ir(iii) complex. This work demonstrates that RhB@ZIF-8 can serve as a promising fluorescent probe to monitor mitochondrial ATP fluctuation with fast response, good sensitivity and endogenous molecule-responsive properties inside living cells.