細(xì)胞能量代謝研究有了新工具

本報北京4月8日電（記者晉浩天）北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院席鵬教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合河北大學(xué)高保祥教授課題組，成功研發(fā)出一種新型近紅外熒光探針HBimmCue，實(shí)現(xiàn)了對線粒體內(nèi)膜環(huán)境的高分辨率、高亮度動態(tài)觀測。這一突破性成果為細(xì)胞能量代謝研究及衰老相關(guān)疾病的早期診斷提供了全新工具。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)科學(xué)》。

細(xì)胞是人體結(jié)構(gòu)和生理功能的基本單位，卻自成一個個蘊(yùn)藏?zé)o限奧妙的微觀世界。每一個細(xì)胞都猶如一個功能完備、秩序井然的城市，其間各種細(xì)胞器相互作用，維系著人體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，線粒體作為細(xì)胞的“動力工廠”，其內(nèi)膜結(jié)構(gòu)的功能異常與衰老、神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)。然而，傳統(tǒng)熒光探針受限于波長較短、穿透力不足，難以實(shí)現(xiàn)對線粒體內(nèi)膜的精準(zhǔn)標(biāo)記。

“線粒體內(nèi)膜的磷脂成分隨年齡增長顯著增加，但其動態(tài)變化機(jī)制尚不明確，我們希望通過近紅外熒光技術(shù)，突破可見光波段的限制，直接觀察線粒體內(nèi)膜的生理狀態(tài)?！毕i表示。

席鵬及其團(tuán)隊(duì)長期深耕超分辨顯微成像領(lǐng)域。此前，團(tuán)隊(duì)便成功搭建了多套超分辨系統(tǒng)，為細(xì)胞裝上了超級“放大鏡”，讓“細(xì)胞城”的“街景地圖”清晰具體地呈現(xiàn)在大眾眼前。此次研發(fā)的新技術(shù)突破了光學(xué)衍射極限，將分辨率提升到幾十納米級別。

通過體外實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了HBimmCue的熒光壽命對溶劑極性和膜序的敏感性：HBimmCue在低極性、有序的膜環(huán)境中表現(xiàn)出較長的熒光壽命，而在高極性、無序的膜環(huán)境中熒光壽命較短。此外，HBimmCue具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性、生物相容性和組織滲透性，能夠與多種超分辨率成像兼容。

席鵬介紹，目前，HBimmCue探針已在小鼠卵母細(xì)胞和小鼠早期胚胎發(fā)育模型中驗(yàn)證其有效性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，相較于年輕的小鼠，來源于年老小鼠卵母細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜的有序性與功能都受到損傷，進(jìn)一步揭示了線粒體功能障礙與疾病的關(guān)聯(lián)。

“HBimmCue作為一種新型熒光探針，為研究線粒體環(huán)境和功能提供了強(qiáng)大工具。這一研究成果不僅推動了線粒體生物學(xué)的發(fā)展，還為代謝疾病、神經(jīng)退行性疾病和生殖醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了新方法與新工具?！毕i說。