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【中国科学报】“靶控自闪烁”荧光探针实现活细胞内动态单分子成像

2024-11-29 中国科学报 孙丹宁
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“靶控自闪烁”荧光探针示意图。中国科学院大连化学物理研究所供图

中国科学院大连化学物理研究所研究员徐兆超、副研究员乔庆龙团队研发出一种“靶控自闪烁”荧光探针。该探针只有在识别靶标后才会激活自闪烁荧光开关性能,并且排除了非靶向单分子定位的干扰,提升了单分子超分辨成像的定位准确性,实现了活细胞内免洗动态单分子超分辨成像。相关研究成果近日发表于《德国应用化学》和《中国化学快报》。

单分子定位显微镜(SMLM)作为重要超分辨成像技术之一,其突破纳米成像极限的核心在于荧光开关分子在荧光“亮”态和“暗”态之间转换的能力,以保证单个分子的荧光信号在不同时间点被区分,并进行精确定位。传统的发光调控策略虽然能获取稀疏的荧光闪烁信号,却因生物兼容性问题难以在活细胞内实现原位、动态的超分辨成像。同时,由于缺乏准确的靶点识别能力,SMLM成像技术会受单分子定位时的错误信号干扰。

研究团队在前期工作中设计了特定开环比例的罗丹明开关分子,以此高效开发出多颜色自闪烁荧光探针,并将其用于活细胞内的动态单分子定位超分辨成像。尽管自闪烁荧光探针在超分辨成像中展现出重要应用潜力,但仍面临不少挑战。

在此次研究中,研究团队开发的“靶控自闪烁”荧光探针,可在与靶标结合前保持“沉默”状态,即不产生闪烁,而一旦与靶标结合,其自闪烁性能立即被激活,从而实现精确的单分子定位,有效避免了非特异性标记产生的闪烁背景。为了量化这一特性,研究人员引入了新的参数“RDC”,定义为自闪烁激活前后的占空比比值,其中占空比为荧光探针在一定时间内的荧光“亮”态占比。当RDC值大于1时,表明荧光探针在识别靶标后发生了自闪烁激活现象。利用这一探针,研究团队实现了细胞内动态SMLM成像,包括线粒体分裂和接触、细胞迁移和伪足生长等过程。此外,利用该探针,研究人员能够精确追踪活细胞中各种伪足结构,如丝状伪足、片状伪足和隧道纳米管。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1002/anie.202417469

https://doi.org/10.1016/j.cclet.2024.110643

(原载于《中国科学报》 2024-11-29 第1版 要闻)
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