5-氨基乙酰丙酸(5-Aminolevulinic acid, 5-ALA) 是一种在生物体内合成血红素(heme)的前体分子,常用于光动力治疗(Photodynamic Therapy, PDT)中,尤其是用于癌症与皮肤病的靶向治疗。为了实现对其定位、定量、成像或靶向递送的研究目的,科研人员常对其进行荧光或亲和标记,其中生物素(Biotin)标记是一种常用的亲和标记策略。
以下为“5-ALA的生物素标记(Biotinylation of 5-Aminolevulinic Acid)”的专业介绍内容,包括化学策略、合成思路、应用方向及注意事项。
一、背景介绍
5-ALA 是一种结构简单的非蛋白质氨基酸,结构式为:
NH₂–CH₂–CO–CH₂–CH₂–COOH
它含有一个伯胺(NH₂)和一个羧酸(COOH)官能团,因此具备一定的化学修饰潜力。
在药物开发、细胞摄取研究、PDT机理探索等领域,对其进行生物素化修饰,有以下优点:
可用于与链霉亲和素(streptavidin)系统结合;
实现富集、捕获、靶向递送;
可间接接荧光探针、纳米载体、金属探针等;
适用于生物素-亲和素放大系统的传感检测。
二、化学修饰策略概述
1. 标记位点选择
5-ALA有两个主要可反应官能团:
位点 化学基团 可用于反应类型
α-氨基 -NH₂ 与NHS酯反应,形成酰胺键
γ-羧基 -COOH 与胺反应(如Biotin-NH₂),需活化处理
常用的标记策略是通过其α-氨基与**NHS-活化生物素(Biotin-NHS)**反应形成稳定的酰胺键。
三、合成路径示意
【方案一】5-ALA + Biotin-NHS
原理:
利用Biotin-NHS(N-Hydroxysuccinimide活性酯)与5-ALA分子上的伯胺进行酰胺键连接,反应条件温和,高效特异。
步骤简要:
取5-ALA溶于pH 7.4 PBS缓冲液;
缓慢滴加等摩尔的Biotin-NHS(溶于DMSO);
轻微搅拌,室温反应2–4小时;
通过HPLC或凝胶层析去除副产物(NHS);
得到纯化的 Biotin-5-ALA 产物。
特点:
反应条件温和,适合水相;
生成酰胺键稳定可靠;
生物素端可与SA或生物素体结合。
【方案二】5-ALA + Biotin via Spacer Arm
为了提高构象灵活性和生物识别效率,可引入PEG或六碳/十二碳柔性链作为间隔臂(Spacer Arm),比如使用:
Biotin-PEGₙ-NHS(n = 2~24)
Biotin-PEGₙ-Maleimide(用于后续硫醇反应)
该策略特别适合构建多价标记系统、表面偶联、生物传感平台。
四、产品性质与验证手段
项目 内容
分子名称 Biotin-5-Aminolevulinic Acid(Biotin-5-ALA)
连接方式 α-氨基与生物素羧基活性酯之间的酰胺键
可溶性 水、DMSO
稳定性 酰胺键稳定,-20°C保存可数月
质谱(MS):分子量确认;
NMR(¹H,¹³C):结构归属;
HPLC:纯度分析;
Streptavidin bead pull-down:生物素活性验证;
Western blot 或 ELISA(使用SA-HRP探针):结合效应评估。
五、典型应用领域
1. PDT前体追踪
利用Biotin标记的5-ALA喂养肿瘤细胞后,使用荧光标记链霉亲和素(如SA-FITC)检测细胞摄取量,用于:
摄取效率评价;
药动学行为研究;
不同细胞对5-ALA代谢路径的差异分析。
2. 生物素化纳米递送系统构建
将Biotin-5-ALA修饰到纳米脂质体、PLGA纳米粒子表面,通过SA介导的偶联可形成多价聚集、增强肿瘤靶向性:
构建“5-ALA@Nano + Biotin-Streptavidin-Antibody”系统;
提高PpIX在肿瘤内的富集与光动力治疗效率。
3. 亲和捕获与纯化
通过SA磁珠或亲和层析柱,富集摄取了Biotin-5-ALA的细胞或组织样品,用于:
定量分析;
特异细胞富集;
后续RNA/蛋白质组分析。
4. 共价接枝平台材料
在生物材料(如水凝胶、聚合物、生物玻璃)上引入5-ALA功能位点,通过链霉亲和素中继系统连接体、蛋白、荧光探针,用于构建生物响应平台。
六、注意事项
问题 建议
5-ALA在水溶液中易自缩合 现配现用,低温避光储存
生物素-5-ALA可能影响5-ALA代谢生成PpIX 注意浓度控制,做对照组验证
Biotin-NHS易水解失活 低温干燥储存,用前新鲜配置
SA-FITC等结合后信号不强 加入PEG-linker 或采用多价聚合形式增强信号
七、结语
5-ALA的生物素标记为研究其生物分布、细胞摄取、靶向递送及PDT作用机制提供了精确、灵活的工具。通过与链霉亲和素-荧光探针、磁性材料、体药物等的结合,构建出可视化、可操控、智能化的多功能平台。随着生物正交化学、纳米技术和智能药物载体的发展,Biotin-5-ALA将为癌症诊疗一体化、药物机制揭示、生物材料构建等研究领域带来广阔前景。
厂家:西安齐岳生物科技有限公司
用途:科研
温馨提醒:仅供科研,不能用于人体实验!