细胞能量代谢研究有了新工具

北京大学未来技术学院席鹏教授团队联合河北大学高保祥教授课题组，成功研发出一种新型近红外荧光探针HBimmCue，实现了对线粒体内膜环境的高分辨率、高亮度动态观测。这一突破性成果为细胞能量代谢研究及衰老相关疾病的早期诊断提供了全新工具。相关研究成果日前发表于国际学术期刊《先进科学》。

细胞是人体结构和生理功能的基本单位，却自成一个个蕴藏无限奥妙的微观世界。每一个细胞都犹如一个功能完备、秩序井然的城市，其间各种细胞器相互作用，维系着人体的正常运转。其中，线粒体作为细胞的“动力工厂”，其内膜结构的功能异常与衰老、神经退行性疾病等密切相关。然而，传统荧光探针受限于波长较短、穿透力不足，难以实现对线粒体内膜的精准标记。

“线粒体内膜的磷脂成分随年龄增长显著增加，但其动态变化机制尚不明确，我们希望通过近红外荧光技术，突破可见光波段的限制，直接观察线粒体内膜的生理状态。”席鹏表示。

席鹏及其团队长期深耕超分辨显微成像领域。此前，团队便成功搭建了多套超分辨系统，为细胞装上了超级“放大镜”，让“细胞城”的“街景地图”清晰具体地呈现在大众眼前。此次研发的新技术突破了光学衍射极限，将分辨率提升到几十纳米级别。

通过体外实验，研究团队验证了HBimmCue的荧光寿命对溶剂极性和膜序的敏感性：HBimmCue在低极性、有序的膜环境中表现出较长的荧光寿命，而在高极性、无序的膜环境中荧光寿命较短。此外，HBimmCue具有优异的光稳定性、生物相容性和组织渗透性，能够与多种超分辨率成像兼容。

席鹏介绍，目前，HBimmCue探针已在小鼠卵母细胞和小鼠早期胚胎发育模型中验证其有效性。实验数据显示，相较于年轻的小鼠，来源于年老小鼠卵母细胞的线粒体内膜的有序性与功能都受到损伤，进一步揭示了线粒体功能障碍与疾病的关联。

“HBimmCue作为一种新型荧光探针，为研究线粒体环境和功能提供了强大工具。这一研究成果不仅推动了线粒体生物学的发展，还为代谢疾病、神经退行性疾病和生殖医学等领域的研究提供了新方法与新工具。”席鹏说。