对溶酶体功能诊断动态超分辨成像技术的研究发展

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员徐兆超团队开发了近红外单分子定位超分辨率成像荧光探针。Aze-HMSiR“，降低探针的光毒性，实现全细胞溶酶体动态超分辨成像50分钟，分析全细胞溶酶体的分布、大小和大小。pH、运动轨迹的系统变化将其系统动态特征转化为功能指标，在此基础上建立了溶酶体功能诊断模型，将溶酶体的超分辨率成像从“结构分析工具”扩展到“功能分析平台”，为溶酶体相关疾病的诊断和药物筛选提供了新的路线。相关成果发表在德国应用化学。

作为细胞的“代谢指挥中心”，溶解酶体的功能高度依赖于动态行为，从降解生物大分子、调节自噬到介导细胞信号传递，这些都与溶解酶体的形状、运动性和腔内pH的实时变化密切相关。然而，分析这些动态行为的核心挑战在于技术限制。传统的超分辨成像探针容易在溶解酶体的酸性环境中猝死或持续发光，难以实现单分子定位所需的稀疏闪烁。此外，高光毒性激光严重干扰细胞稳定状态，使得长期动态观测数据的可信度值得怀疑。虽然团队开发的探针0已经实现了4个细胞。

在这项研究中，团队首先开发了近红外自发闪烁探针。Aze-HMSiR在650nm左右的近红外光的刺激下，这些探头可以实现酸性环境中的高效自发闪烁，并且没有表现出光毒性，成像时间延长到50分钟。其次，该团队建立了一个定量关联模型，用于溶解酶体的动态参数和功能。通过同步跟踪整个细胞中所有溶解酶体的分布、大小、pH值和运动轨迹，发现这些参数的协同变化可以作为细胞状态的“功能指纹”。最后，该团队将该技术应用于抗癌药物的筛选和疾病诊断，包括紫杉醇、雷帕霉素、杠柳苷、二甲双胍、埃拉斯汀、重楼皂苷和吉非替尼

超分辨率成像技术在药物筛选和疾病诊断中的应用为生命医学研究提供了新的思路。研究人员可以从纳米级动态中读取疾病信号、药物响应和代谢状态，就像“解码细胞语言”一样，通过将细胞器的动态行为转化为可量化的功能指标。未来，该技术有望与人工智能和单细胞测序深度融合，构建“动态成像-分子机制-临床表型”的三维研究框架。