​在分子水平上追踪甚至控制细胞生命进程是一项极具吸引力的新科学研究。从探索生命本源的层次来说，它有助于揭示生物黑匣子的秘密。其中，生物正交化学已经将细胞成像和特定的细胞动力学成像提高到一个高度复杂的水平。然而，由于毒性效应的存在，极大地限制了许多新型生物探针和生物成像技术的开发和使用，致使该领域的许多技术仍然基于化学计量反应。因此，如果能实现细胞反应（或细胞内反应）策略，利用活细胞内进行的催化反应原位形成荧光生物探针（或其他化合物），就能够克服生物毒性等缺点。

近年来，报道的20多种促进细胞内反应的催化体系（如图1所示）通常是基于过渡金属催化剂进行的。反应中常用低细胞毒性的纳米催化剂或者使用复杂配合物的分子催化剂。尽管在开发新的催化体系和反应条件方面取得了一些进展，但在细胞内介质中进行交叉偶联反应仍然难以实现。例如Buchwald-Hartwig反应，该反应尚未在活细胞环境中进行。

图1. 促进细胞内反应的催化体系

（图片来源：J. Org. Chem.）

Brenno A. D. Neto课题组一直致力于开发新型荧光探针和催化系统，以期得到一种水溶性电荷标记的钯基化合物(Pd-complex)作为选择性荧光生物探针以及细胞内合成的催化剂。在2019年4月，该课题组报道可以使用特异性离子液体(MAI.Cl)作为亲水离子配体合成Pd-络合物(PdMAI)（图2），在保证新络合物的亲水性情况下，通过该络合物催化Suzuki和Buchwald-Hartwig交叉偶联反应实现了在细胞中原位形成生物荧光探针，并将探针用于选择性线粒体成像以及跟踪研究其动态变化。

图2. Pd–络合物(PdMAI)的合成

（图片来源：J. Org. Chem.）

在实验中作者认为2,1,3-苯并噻二唑杂环类化合物(BTD)是一种具有很有潜力的生物荧光探针，因此选用了2,1,3-苯并噻二唑杂环作为母核，分别通过使用上述Pd-络合物在活体MCF-7癌细胞中原位催化Suzuki、Buchwald-Hartwig反应形成两种BTD衍生物（BTD-2APy与BTD-Ph），并成功的应用于线粒体成像。

图3. BTD-2APy与BTD-Ph

（图片来源：J. Org. Chem.）

随后作者分别使用PdMAI进行催化产生荧光探针BTD-2APy（图4A）与BTD-Ph（图4C）。图4B、图4D分别代表催化时间为24 h和48 h，图上箭头代表线粒体的分布，箭头指向代表细胞分裂过程不受干扰，具有很显著的标记。表征证明了PdMAI确实能够克服生物毒性，能在活体细胞中直接实现生物成像。

图4. BTD-2APy与BTD-Ph标记线粒体成像

（图片来源：J. Org. Chem.）

从结果来看，该工作在活细胞中原位生成荧光探针为生物成像提供了一个新的思路，可以避免生物毒性带来的问题。同时也为离子液体的应用提供了一个新的方向。

原文链接：

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.joc.9b00130

原文作者：

Thiago O. Carvalho, Pedro H. P. R. Carvalho and Brenno A. D. Neto et al.