來源：《中國科學(xué)報(bào)》第1版 要聞
發(fā)布時(shí)間：2024-11-29
“靶控自閃爍”熒光探針示意圖。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖
本報(bào)訊（記者孫丹寧）中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員徐兆超、副研究員喬慶龍團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種“靶控自閃爍”熒光探針。該探針只有在識別靶標(biāo)后才會激活自閃爍熒光開關(guān)性能，并且排除了非靶向單分子定位的干擾，提升了單分子超分辨成像的定位準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞內(nèi)免洗動態(tài)單分子超分辨成像。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》和《中國化學(xué)快報(bào)》。
單分子定位顯微鏡（SMLM）作為重要超分辨成像技術(shù)之一，其突破納米成像極限的核心在于熒光開關(guān)分子在熒光“亮”態(tài)和“暗”態(tài)之間轉(zhuǎn)換的能力，以保證單個(gè)分子的熒光信號在不同時(shí)間點(diǎn)被區(qū)分，并進(jìn)行精確定位。傳統(tǒng)的發(fā)光調(diào)控策略雖然能獲取稀疏的熒光閃爍信號，卻因生物兼容性問題難以在活細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)原位、動態(tài)的超分辨成像。同時(shí)，由于缺乏準(zhǔn)確的靶點(diǎn)識別能力，SMLM成像技術(shù)會受單分子定位時(shí)的錯(cuò)誤信號干擾。
研究團(tuán)隊(duì)在前期工作中設(shè)計(jì)了特定開環(huán)比例的羅丹明開關(guān)分子，以此高效開發(fā)出多顏色自閃爍熒光探針，并將其用于活細(xì)胞內(nèi)的動態(tài)單分子定位超分辨成像。盡管自閃爍熒光探針在超分辨成像中展現(xiàn)出重要應(yīng)用潛力，但仍面臨不少挑戰(zhàn)。
在此次研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“靶控自閃爍”熒光探針，可在與靶標(biāo)結(jié)合前保持“沉默”狀態(tài)，即不產(chǎn)生閃爍，而一旦與靶標(biāo)結(jié)合，其自閃爍性能立即被激活，從而實(shí)現(xiàn)精確的單分子定位，有效避免了非特異性標(biāo)記產(chǎn)生的閃爍背景。為了量化這一特性，研究人員引入了新的參數(shù)“RDC”，定義為自閃爍激活前后的占空比比值，其中占空比為熒光探針在一定時(shí)間內(nèi)的熒光“亮”態(tài)占比。當(dāng)RDC值大于1時(shí)，表明熒光探針在識別靶標(biāo)后發(fā)生了自閃爍激活現(xiàn)象。利用這一探針，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)動態(tài)SMLM成像，包括線粒體分裂和接觸、細(xì)胞遷移和偽足生長等過程。此外，利用該探針，研究人員能夠精確追蹤活細(xì)胞中各種偽足結(jié)構(gòu)，如絲狀偽足、片狀偽足和隧道納米管。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202417469、https://doi.org/10.1016/j.cclet.2024.110643
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