细胞能量代谢研究有了新工具

光明日报北京4月8日电(记者晋浩天)北京大学未来技术学院席鹏教授团队和河北大学高保祥教授课题组成功开发了一种新型的近红外荧光探针HBimmCue，完成了对线粒体内膜环境的高分辨率和高亮度动态观察。这一突破性成果为细胞能量代谢研究和衰老相关疾病的早期发现提供了全新的工具。国际学术期刊《先进科学》近日发表了相关研究成果。

细胞是人体结构和生理功能的基本要素，但它们自成一个微观世界，蕴含着无限的奥秘。每个细胞都像一个功能齐全有序的城市，各种细胞相互作用，维持身体的正常运转。其中，线粒体作为细胞的“动力工厂”，其功能障碍与衰老、神经退行性疾病密切相关。然而，由于波长短、穿透力不足，传统的荧光探针很难达到线粒体内膜的准确标记。

“线粒体内膜的磷脂成分随着年龄的增长而明显增加，但其动态变化机制尚不清楚。我们希望突破可见光波段的限制，通过近红外闪光技术直接观察线粒体内膜的生理状态。”席鹏说。

席鹏及其团队长期深化超分辨率显微成像领域。此前，团队成功构建了多个超分辨系统，为细胞安装了非常“放大镜”，让“细胞城”的“街景地图”清晰具体地展现在公众面前。这项新技术的研发突破了光学衍射极限，将分辨率提高到了几十纳米的水平。

通过体外实验，研究小组验证了HBimmCue的荧光寿命对溶剂极性和膜序的敏感性:HBimmCue在低极性、有序的膜环境中显示出较长的荧光寿命，而在高极性、无序的膜环境中显示出较短的荧光寿命。此外，HBimmCue具有优异的光稳定性、生物相容性和组织透水性，可以适应各种超分辨率显像。

据席鹏介绍，目前，HBimmCue探针已经验证了小鼠卵母细胞和小鼠早期胚胎发育模型的有效性。测试数据显示，与年轻小鼠相比，线粒体内膜的有序性和功能受到年老小鼠卵母细胞的破坏，进一步暴露了线粒体功能障碍与疾病的关系。

作为一种新型荧光探针，HBimmCue为研究线粒体环境和功能提供了强大的工具。这项研究不仅促进了线粒体生物学的发展，而且为代谢性疾病、神经退行性疾病和生殖医学等领域的研究提供了新的方法和工具。”席鹏说。