細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）北京大學未來技術學院席鵬教授團隊聯合河北大學高保祥教授課題組，成功研發出一種新型近紅外熒光探針HBimmCue，實現了對線粒體內膜環境的高分辨率、高亮度動態觀測。這一突破性成果為細胞能量代謝研究及衰老相關疾病的早期診斷提供了全新工具。相關研究成果日前發表于國際學術期刊《先進科學》。

細胞是人體結構和生理功能的基本單位，卻自成一個個蘊藏無限奧妙的微觀世界。每一個細胞都猶如一個功能完備、秩序井然的城市，其間各種細胞器相互作用，維系著人體的正常運轉。其中，線粒體作為細胞的“動力工廠”，其內膜結構的功能異常與衰老、神經退行性疾病等密切相關。然而，傳統熒光探針受限于波長較短、穿透力不足，難以實現對線粒體內膜的精準標記。

“線粒體內膜的磷脂成分隨年齡增長顯著增加，但其動態變化機制尚不明確，我們希望通過近紅外熒光技術，突破可見光波段的限制，直接觀察線粒體內膜的生理狀態。”席鵬表示。

席鵬及其團隊長期深耕超分辨顯微成像領域。此前，團隊便成功搭建了多套超分辨系統，為細胞裝上了超級“放大鏡”，讓“細胞城”的“街景地圖”清晰具體地呈現在大眾眼前。此次研發的新技術突破了光學衍射極限，將分辨率提升到幾十納米級別。

通過體外實驗，研究團隊驗證了HBimmCue的熒光壽命對溶劑極性和膜序的敏感性：HBimmCue在低極性、有序的膜環境中表現出較長的熒光壽命，而在高極性、無序的膜環境中熒光壽命較短。此外，HBimmCue具有優異的光穩定性、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胞和小鼠早期胚胎發育模型中驗證其有效性。實驗數據顯示，相較于年輕的小鼠，來源于年老小鼠卵母細胞的線粒體內膜的有序性與功能都受到損傷，進一步揭示了線粒體功能障礙與疾病的關聯。

“HBimmCue作為一種新型熒光探針，為研究線粒體環境和功能提供了強大工具。這一研究成果不僅推動了線粒體生物學的發展，還為代謝疾病、神經退行性疾病和生殖醫學等領域的研究提供了新方法與新工具。”席鵬說。