荧光钙探针五钾盐标

近日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授章晓辉团队、北师大生命科学学院教授王友军团队与中国科学技大学教授唐爱辉团队合作开发构建了一类新型的检测钙信号的荧光蛋白探针NEMO，具有高灵敏度和反应能力，对钙信号的动态分辨范围有了很大提升。荧光探针在分子生物学研究和开发中越来越受到重视。许多科学家正在医学、制药和绿色生物技术等领域都有应用，荧光探针在很多情况下被描述为荧光化学传感器，荧光探针是具有吸收特定波长的光并发射不同波长的光的小分子，通常是更长的波长（称为荧光的过程），用于研究生物样品。 这些分子可以附着在目标分子上，作为荧光显微镜分析的标记，也称为荧光团。细胞中的一些蛋白质或小分子是天然荧光的，这称为内在荧光或自发荧光，比如绿色荧光蛋白 (GFP)。 蛋白质、核酸、脂质或小分子可以用外在荧光团（一种荧光染料）标记，它可以是小分子、蛋白质或量子点。遗传编码钙离子指示剂（genetically encoded calcium indicators，GECIs），是一种新型的钙离子指示剂，它可以实现在体实验中对钙离子的长时程检测和实时动态检测，并且还可以借助细胞器的特异性定位信号表征某些特定的亚细胞结构的钙离子变化情况。目前常用的荧光蛋白指示剂有Cameleons、TN-XXL、GCaMP、Pericams和Camgaroo等。GCaMP系列蛋白（Single-fluorophore）特别是GCaMP6系列蛋白是最主要的钙离子指示剂。与GCaMP6s相比，NEMOs能够检测到体内SBR峰高2倍、中位SBR峰高4倍的神经元的单动作电位，从而优于大多数现有的最先进的GECIs（蛋白探针）。科学家们发现，通过改变CaM、M13与GFP三个元件之间的连接方式FF0C，连接短肽及互作界面中的关键氨基酸等方式，可改善GECIs的表现。合作团队采用了全新策略构建的新型高灵敏钙离子探针。从增强GECI对钙离子浓度变化的的荧光反应大小出发，合作团队采用亮度更高的新型荧光蛋白mNeoGreen（mNG）来替换广泛使用的cpGFP，结合多种设计及优化策略组合，构建了含几十个候选复合分子的GECI库，并通过系统的钙离子成像筛选和体外鉴定后，最终获得到了一组名为NEMO的新型GECI探针。在领域中首次实现GECI探针对细胞内钙信号的反应幅度超过100倍；同时具有更好的抗光淬灭能力与pH稳定性，并能实现对钙离子水平的绝对定量检测。科学家们用与gcamp6兼容的成像装置检查了在电场刺激下离解大鼠神经元中NEMO传感器的反应(Figure 3)。我们观察到，所有NEMO传感器都能够检测到由单个动作电位(AP)引发的Ca2+信号(Figure 3a)，其峰值SBR大约是gcamp6或gcamp6的两倍。NEMOf足以区分频率高达5 Hz的神经元反应(图3b)。总的来说，NEMO传感器可以作为监测哺乳动物细胞、组织或体内以及植物中Ca2+动态的首选工具。

p　　过氧亚硝酸盐(Peroxynitrite，ONOO-)是由超氧阴离子自由基和一氧化氮自由基形成的具有高活性的活性氮物种，是许多体内循环途径的信号传导分子。同时，该分子具有强氧化性，可引起自由基介导的硝化反应，从而会影响生物体内多种生物过程，对脂质、蛋白、DNA等造成不可逆转的损伤。研究表明，过氧亚硝酸盐被认为是包括炎症、癌症和神经退行性疾病等许多疾病的关键致病因子与生物标志物。所以，灵敏、特异性地检测过氧亚硝酸盐对疾病的早期诊断与治疗预后具有重要意义。/pp　　荧光探针有荧光素类探针、无机离子荧光探针、荧光量子点、分子信标等。荧光探针除应用于核酸和蛋白质的定量分析外，在核酸染色、DNA电泳、核酸分子杂交、定量PCR技术以及DNA测序上都有着广泛的应用。荧光探针最常用于荧光免疫法中标记抗原或抗体，亦可用于微环境，如表面活性剂胶束、双分子膜、蛋白质活性位点等处微观特性的探测。通常要求探针的摩尔吸光系数大，荧光量子产率高 荧光发射波长处于长波且有较大的斯托克斯位移 用于免疫分析时，与抗原或抗体的结合不应影响它们的活性。也可用于标记待定的核苷酸片断，用与特异性地、定量地检测核酸的量。/pp　　小分子荧光探针具有高灵敏度、高选择性和良好的时空分辨率等优势，在胞内生物分析物成像等领域备受化学生物学家的青睐。但开发的小分子荧光检测探针依然存在着一些缺陷，如溶解性大大限制了其在体内环境中的应用。/pp　　近日，英国皇家化学会综合期刊《化学科学》(Chemical Science)在线报道了中国科学院上海药物研究所李佳、臧奕团队与华东理工大学贺晓鹏团队的最新相关研究成果。研究人员利用蛋白质杂交策略，开发了一种新型复合荧光探针HSA/Pinkment-OAc。首先，通过多种表征手段(荧光光谱、SAXS、ITC、分子对接等)验证了复合探针的成功构建，随后，在体外溶液以及细胞实验中验证了该体系对过氧亚硝酸盐的快速、灵敏检测。值得一提的是，该探针进一步被应用于小鼠急性炎症模型中过氧亚硝酸盐异常表达时的检测，与单独荧光探针相比，复合探针的检测性能得到大大提升。研究人员希望该方法可作为一种通用策略，用于改善疾病相关不溶性小分子试剂的溶解性问题。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/3fe3a9b5-05cf-45ea-9c7c-c8aa5065b7ce.jpg" title="W020200326393492078327.png" alt="W020200326393492078327.png"/strongHSA/Pinkment-OAc的构建策略、表征手段（SAXS、Molecular Docking）以及体内成像/strong/pp　　该研究工作主要在双方导师的指导下，由上海药物所联合培养博士研究生韩海浩与合作单位Adam C. Sedgwick博士、博士研究生尚莹等协作完成，并得到中科院院士、华东理工大学教授田禾、美国德克萨斯大学奥斯汀分校教授Jonathan Sessler以及英国巴斯大学教授Tony D. James的指导与支持。相关同步辐射测试与分子对接测试分别得到上海光源BL19U2线站博士李娜与上海药物所研究员于坤千的大力支持。/p

近日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授章晓辉团队、北师大生命科学学院教授王友军团队与中国科学技大学教授唐爱辉团队合作开发构建了一类新型的检测钙信号的荧光蛋白探针“尼莫”（NEMO），该探针具有更强和更精准的定量测定性能。近日，该成果在线发表于期刊《自然-方法》。生命体的许多活动都离不开钙离子（Ca2+）信号分子。细胞内钙离子浓度时空变化被称之为钙信号，它控制或调节各种细胞生命活动。开发灵敏和精准的钙信号检测探针工具对探究生命活动相关的信号机制和规律至关重要。在相关领域内被广泛应用的钙探针主要包括有机小分子类探针和遗传编码的（荧光）蛋白探针（GECIs）。目前最被广泛应用的单荧光GECI工具为GCaMPs系列，它由钙感知和荧光反应两大模块组装构建而成。其中，钙感知模块包含钙结合蛋白（如钙调蛋白CaM）及其靶肽（如M13/RS20），产生荧光变化的模块为环化重排的绿色荧光蛋白cpGFP。科学家们发现，通过改变CaM、M13与GFP三个元件之间的连接方式，连接短肽及互作界面中的关键氨基酸等方式，可改善GECIs的表现。因此，在2001年最初构建的GCaMP1版本上多次迭代改造后，至2023年最新发展的GCaMP8系列具备了显著改善的灵敏度和反应速度，但它们的反应幅度，即对钙信号大小的分辨率和线性动态范围始终有待提高。对此，合作团队采用了全新策略构建的新型高灵敏钙离子探针。从增强GECI对钙离子浓度变化的的荧光反应大小出发，合作团队采用亮度更高的新型荧光蛋白mNeoGreen（mNG）来替换广泛使用的cpGFP，结合多种设计及优化策略组合，构建了含几十个候选复合分子的GECI库，并通过系统的钙离子成像筛选和体外鉴定后，最终获得到了一组名为NEMO的新型GECI探针。与现有的GCaMP系列探针相比，NEMO探针的灵敏度及钙响应幅度有了显著提升，在领域中首次实现GECI探针对细胞内钙信号的反应幅度超过100倍；同时具有更好的抗光淬灭能力与pH稳定性，并能实现对钙离子水平的绝对定量检测。合作团队进一步在对非兴奋性细胞系、分离培养的大鼠神经元、小鼠脑内神经元在体双光子激光成像和深部脑区光纤记录等测试中发现，相比于最新或最广泛使用的GCaMP8s或GCaMP6s，NEMO系列对胞内钙信号的反应速度相当，但更灵敏并具更高的信噪比，且反应幅度提高达约10倍之多。

近日，中国科学院上海药物研究所李佳团队联合华东理工大学贺晓鹏团队、英国巴斯大学Tony D. James团队，以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler团队，撰写“指南综述”（Tutorial Review）文章Small-molecule fluorescence-based probes for interrogating major organ diseases，分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。相关研究成果在线发表在Chemical Society Reviews上。　　人体是由多个器官系统构成的有机体，每个器官在体内发挥着特定作用，器官之间的协同工作维持着人体的正常运行。然而，异常的器官功能障碍会影响机体的健康，并导致灾难性的后果。组学等鉴定技术的发展，促使与器官功能障碍相关的生物标志物相继被发现。开发非侵入性的、可实时观察特定器官疾病生物标志物的方法，将提高对特定器官病理变化的研究能力，并利于疾病的早期诊断，进而为开发有效的治疗方法提供帮助。基于荧光生物成像的检测技术，具有灵敏度高、操作简单、检测下限低、响应速度快、时空分辨率优异及无损体内原位成像等特性，被用于疾病生物标志物的检测，为器官疾病的诊断提供了较为可靠的依据。　　在科研团队前期研究的基础上，研究人员分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。该论文阐述了用于主要器官疾病研究的小分子荧光探针的设计策略；剖析了生物标志物检测对于研究器官功能障碍和其他器官相关疾病的重要性；阐明了小分子荧光探针在体外、体内监测各种致病过程的用途；介绍了目前用于研究器官疾病的小分子荧光探针存在的局限，并提出了建议与展望。该研究为开发新的有效的荧光分子探针用于早期诊断和治疗不同器官疾病具有重要的借鉴意义。　　研究工作得到国家自然科学基金重大研究计划、上海市科技重大专项、上海市国际合作与交流项目及中国博士后科学基金面上资助等的支持。 综述中涉及的人体主要器官示意图（a）及用于探查器官相关疾病的小分子荧光探针的设计策略示意图（b）

荧光探针具有敏感性高、选择性好、响应时间短、易于直接观测、便于实时监测等优点，可以在一些特殊的应用体系和生物活性物质的检测等方面发挥重要作用，其基础研究和应用开发受到了广泛关注，特别是新原理的开发和新型探针材料的设计、合成，成为了近年来光功能材料的研究热点之一。　　在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室的课题组多年来致力于荧光传感材料的设计合成及其新型器件的研究，他们设计、合成了一系列高效的新型荧光探针分子，包括ESIPT类化合物、分子内电荷转移化合物和一类新型的三芳基硼类发光分子，并应用于纯水体系中氟离子和汞离子的检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49 (29), 4915-4918， Anal. Chem. 2013, 85 (8), 4113-4119.)、宽范围温度的检测等领域(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (35), 8072-8076 Adv. Funct. Mater. 2013, 23 (3), 340-345 Chem. Comm. 2014, 50, 2778-2780.)和细胞内的pH值检测等(Chem. Comm. 2014，50, 8787&mdash 8790)。　　最近，在前期对三芳基硼化合物的特性研究基础上，研究人员通过分子设计，合成了一种含有咪唑盐和醚链的水溶性三芳基硼化合物。该化合物遇ATP后可发生有限的聚集，导致三芳基硼基团周围的环境极性发生显著降低，使三芳基硼的荧光大大增强。该化合物对ATP选择性好、细胞毒性小、渗透细胞膜能力强，并且在细胞内的分散性好，因此可作为活细胞内的ATP探针，对ATP的分布及示踪开展研究。通过荧光显微成像及荧光寿命显微成像等技术，研究人员利用该荧光探针研究了NIH/3T3细胞中ATP的分布及浓度。相关研究结果发表于近期的《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53 (30), 7809-7813.)。　　图1 利用荧光探针进行ATP 检测原理示意图　　图2 共聚焦显微荧光成像，检测细胞内ATP的分布

论文截图9月12日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究中心储军课题组的最新成果发表于《自然—通讯》。研究人员研发了在活细胞内具有12倍荧光变化的高性能基因编码的cAMP绿色荧光探针(命名为G-Flamp1)。该研究结合显微成像和光纤记录等技术，实时高灵敏监测了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号时空动力学变化，探索了cAMP动力学与动物行为之间的内在关联。Nature Methods的审稿人在审稿过程中对该成果给予了高度评价，认为G-Flamp1探针具有非常棒的性质，在荧光探针的性能上具有很大的提升，该探针打开了很多有趣的cAMP信号研究的大门，是非常及时和高质量的研究成果。深圳先进院储军研究员为该论文的通讯作者，深圳先进院助理研究员王亮博士及北京大学邬春灵博士为该论文的共同第一作者。细胞是包括人类在内的绝大部分生命体结构和功能的基本单位。细胞不断地接受周围环境的信号，并将其转变为细胞内相应分子（如蛋白质、有机小分子、离子、DNA和RNA等）的数量、分布和活性状态的变化，从而改变细胞的形态和生物学功能等。该过程的异常则与疾病的发生发展相关。因此，科学家们往往通过检测上述关键分子的时空变化来理解细胞的功能，并阐明相关疾病的发生机制。在该研究中，研究人员选取细胞内重要的第二信使分子环磷酸腺苷(cAMP)作为研究目标。cAMP可传递细胞表面多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信息，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。“活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。”论文通讯作者储军研究员表示。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针像正常蛋白质一样，可以定位到生物体特定细胞或特定细胞亚结构，具有低毒性、低背景、可遗传等优点，在生命科学基础研究中具有无可比拟的优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针要么灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），要么荧光亮度较暗，很难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，极大地限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白(cpGFP)插入细菌MlotiK1通道蛋白的cAMP结合结构域(mlCNBD)中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针G-Flamp1。特别的，该探针在活细胞中的荧光变化可达12倍，是目前少数几个在10倍以上的荧光探针之一。随后，研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体(mushroom body)的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究人员首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，然后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化，暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。最后，研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明，随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。因此，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。综上所述，该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步理解cAMP信号的调控和功能奠定了基础。“与广泛使用的钙离子探针GCaMP相比，G-Flamp1才仅仅只是开始，目前已有几十家国内外实验室在使用G-Flamp1，未来将会有更多实验室利用G-Flamp1来研究复杂的生物学问题。”论文通讯作者储军研究员表示。在未来研究中，研究团队将进一步提高探针性能，开发适用于不同应用场景的下一代高灵敏cAMP探针，并利用其揭示活细胞和活体中cAMP信号的规律、调控机制及生物学功能。与此同时，结合高内涵药物筛选平台，研究团队开发的新型探针也将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学光学与分子影像研究中心研究员储军课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为A high-performance genetically encoded fluorescent indicator for in vivo cAMP imaging的研究论文，报道了高性能基因编码的环磷酸腺苷（cAMP）荧光探针及其应用。　　cAMP是细胞内关键第二信使，可整合来自多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信号，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针具有低毒性、低背景、可遗传、可定位特定细胞亚结构或特定细胞等优点，在生命科学基础研究中具有优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针或灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），或荧光亮度较暗，较难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。　　为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白（cpGFP）插入细菌MlotiK1通道的cAMP结合结构域（mlCNBD）中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，研究得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针（G-Flamp1）。晶体结构显示G-Flamp1探针的连接肽具有独一无二的结构：其中一个连接肽是一个非常刚性的 β-strand 结构，这在其他晶体结构已知的环化重排荧光蛋白探针中是不存在的，为开发其他高性能探针提供了新思路和新方法。　　在体外实验中，结合/未结合cAMP的G-Flamp1有不同发色团环境。G-Flamp1在450 nm（单光子）或者900-920 nm（双光子）激发下，动态范围达最大，即ΔF/F0约为13。G-Flamp1与cAMP亲和力适中，其解离常数Kd值为2.17 μM。G-Flamp1可在亚秒时间分辨率上检测cAMP动态变化。在培养细胞中，该探针均匀分布在细胞质和细胞核中，本底荧光亮度介于同类探针cAMPr和Flamindo2之间。G-Flamp1探针在活细胞中的动态范围达到了12倍，是目前少数几个动态范围在10倍以上的荧光蛋白探针之一。同时，该探针具有良好的特异性和可逆性（图1）。　　研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体（mushroom body）的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，而后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化（图2），暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。　　为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性（图3)。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。　　研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高（图4）；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。综上，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。　　该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步阐释cAMP信号的调控和功能奠定了基础。结合高内涵药物筛选平台，该探针将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。　　研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，并获得北京大学、中科院神经科学研究所、中山大学附属第五医院、美国堪萨斯州立大学、华中科技大学等的支持。

p style="text-indent: 2em text-align: justify "走进山东师范大学化学化工与材料科学学院实验室，在激光显微镜下，“荧光探针”使细胞呈现出色彩斑斓的效果，形态各异的图案仿佛将人带入鲜花与极光交融的海洋。然而，你能想象这不起眼的“荧光探针”通过成像监测，便能实现尽早地发现和预防重大疾病吗？/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "山东师范大学化学化工与材料科学学院唐波、董育斌、李平、王鹏、李娜等领衔的科研团队，经过近二十年的刻苦攻关，有效地解决了细胞成像这一难题，极大地推动了该领域的国际研究步伐，他们完成的“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目于近日获得2018年度国家自然科学二等奖，成为首个以第一完成单位获得国家自然科学奖的山东省省属高校。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "早在2000年前后，当时国内的生命科学和光学成像等研究领域刚刚兴起，团队领头人唐波教授便敏锐地意识到分析化学和生命科学的紧密结合，必将推动一个新型交叉研究领域的兴起。从此，一个以化学、生物学、医学等多学科为支撑，以揭示重大疾病的发现和治疗为使命的团队应运而生。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "2013年初，以山东师范大学为项目牵头单位、唐波为首席科学家的国家重大科学研究计划（973）项目“重大疾病相关的若干重要难检活性小分子细胞内纳米传感研究”正式启动。“一定要把目光瞄准国际科研领域的最前沿，只有站位高、视野宽、反应快，才能把握住科研领域的时代脉搏，产出高质量的研究成果。”唐波不仅自己以此为标杆，还将这一理念植入了全体科研团队的“基因”之中。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "自然科学奖评审的核心指标就是原创性，而这正是“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目的“撒手锏”。该项目在国际上率先构建成多种新型发光材料，解决了材料量子产率低与波长不可调的关键问题，为研制具有高灵敏度与光谱空间可分辨探针的筛选、设计、构建奠定了重要的理论基础。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“在原有的检测方法中，荧光信号灵敏度差、转换效率较低，会直接影响成像质量，从而会导致医生对病人的病情错判。我们的成果创新性地运用特异性识别活性分子的机理与能量转移、电子转移等光信号转换机制，成功实现了对糖蛋白、葡萄糖、microRNA等活性分子的高选择性识别，检测速度和准确性都得到了极大提高。”长江学者董育斌教授说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“在疾病发生之前，我们可以通过细胞内特定指标的变化来作出预警，从而尽早地预防和治疗。而这种指标变化，需要找到特殊的化合物即‘探针’，注入活体细胞后，用高能荧光显微镜来检测‘探针’光学信号的改变来确定。”为团队作出重要贡献的徐克花教授介绍说，他们的工作就是寻找化合物、研发新材料“探针”，实现高准确度和超高灵敏检测的突破。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“这与现阶段医学临床上采用的肿瘤检测方式不同。传统的血液检测，可能因样本离开人体而导致准确性下降，假阳性比例很高，比如前列腺癌的假阳性比例最高达60%。而使用CT检查，当发现病灶时，病情一般已进入中晚期。”青年长江学者李娜教授说，“因此，使用荧光成像方法，通过新材料‘探针’在活细胞里面检测活性物质，且是在体外保真环境进行，无创伤，无伤害。”/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "目前，团队师生所在的化学学科近十年来稳居ESI全球前1%，团队成员均有稳定的国家级课题作为依托，堪称精兵强将。“我们研究团队，不仅有化学专家，还引进了生物、医学、物理等方面的人才。大家学术背景非常多元，团队在开拓新的研究领域和方向时也非常方便。”泰山学者青年专家高雯说。/p

性能优良的光学探针是构建高灵敏度、高时空分辨能力的光学传感与活体成像分析方法的物质基础，其发展一直受到人们的关注。中国科学院化学研究所活体分析化学实验室马会民课题组长期从事该方面的研究，并取得了一系列的成果 (Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 6432 Anal. Chem., 2014, 86, 6115 Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10916 Chem. Sci., 2016, 7, 788 Chem. Sci., 2016, 7, 4694)。近年，该课题组还应邀系统总结并评述了光学探针的各种设计方法(Chem. Rev., 2014, 114, 590-659 Chem. Sci., 2016, 7, 6309-6315)。　　酪氨酸酶是黑色素癌的重要标志物，并与白化病、帕金森等疾病密切相关。因此，发展酪氨酸酶的光学传感与成像分析方法对相关疾病的诊断研究具有重要的意义。传统的检测酪氨酸酶荧光探针均包含4-羟基苯单元，在用于细胞等生物体系成像分析时受到活性氧物种的干扰，从而严重影响检测结果的准确性。最近，在国家自然科学基金委、科技部和中科院的大力支持下，该课题组提出了新的酪氨酸酶识别单元(3-羟基苄基)，并结合稳定的半菁母体，发展出了适用于细胞及活体斑马鱼成像的近红外光学探针(如图)，有效解决了现有荧光探针受活性氧物种的干扰问题。相关结果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 14728-14732)上。

脑科学是生命科学领域最尖 端、最前沿的 “终 极疆域”，也是人类最难攻克的“科学堡垒”之一。神经网络是大脑生理活动的结构基础，认识并识别神经元之间的连接方式是当前神经科学研究持续的命题。实时监测神经元的活动、胞外神经递质以及胞内信号分子的动态变化能够帮助我们更好地研究大脑的功能，并助益神经类疾病的治 疗。8月3日，最 新一期「“沃”在前沿」生命科学专家论坛即将开播！本期论坛将聚焦“基因编码荧光探针的开发与在大脑中的应用”，特邀来自北京大学生命科学学院的李毓龙教授担任论坛主席，并邀请到中科院深圳先进技术研究院储军研究员、北京大学化学与分子工程学院邹鹏研究员、北京大学生命科学学院万金霞博士进行学术分享，四位老师将同“屏”共振，与大家分享前沿新知，碰撞未来趋势，助力科研人员开阔视野，拓宽思路。此外，论坛特设“专家互动，在线答疑”环节，四位老师将在线为大家解答科研上的疑问。论坛主题聚焦基因编码荧光探针的开发与在大脑中的应用直播时间8月3日（周三）19：00报名方式识别上方二维码，立即免费报名分享嘉宾李毓龙（论坛主席）北京大学 教授嘉宾简介李毓龙教授，于2000年本科毕业于北京大学生命科学学院，于2006年获得美国杜克大学神经生物学博士学位，之后在斯坦福大学进行博士后工作，现为北京大学生命科学学院教授，北大-清华生命科学联合中心、北京大学-IDG/麦戈文脑科学研究所教授，博士生导师。李毓龙教授为2019年国家杰出青年基金及科学探索奖获得者，还曾获绿叶生物医药杰出青年学者奖、第二十届吴阶平-保罗杨森医学药学奖（吴杨奖）、北京大学-勃林格殷格翰研究员奖等。李毓龙课题组依托北大-清华生命科学联合中心、北京大学麦戈文脑科学研究所，聚焦神经元通讯的基本结构--突触，从两个层面上开展研究工作：一是开发新型成像探针，用于在时间和空间尺度上解析神经系统的复杂功能；二是借助此类工具探究突触传递的调节机制，特别是生理及病理条件下对神经递质释放的调控。课题组近期工作发表在Cell、Nature Neuroscience、Nature Biotechnology、Neuron、eLife等高水平期刊。储军中科院深圳先进技术研究院研究员分享主题：基因编码的光学探针在神经科学中的应用红色荧光蛋白标记神经元和蛋白FRET探针在活体小鼠中的应用CP探针活体动物内的应用和药物开发嘉宾简介储军研究员，博士生导师，广东省生物医学光学影像技术重 点实验室副主任。2009 年获华中科技大学生物医学工程博士，于2009～2015年在美国麻省大学阿莫思特分校和斯坦福大学进行了博士后研究。研究方向聚焦于新型光学和光声分子探针的开发、分子信号通路的光学成像和光遗传学、分子诊断和药物筛选等研究。主要研究成果包括：1）发展了新型的可用于蛋白相互作用监测的远红色荧光互补系统；2）发展了能够用于高灵敏监测细胞凋亡过程中 caspase-3活性的新探针；3）发展了目前最亮的可用于在体荧光成像的远红色荧光蛋白；4）发展了能够和GFP联合可用于双光子双色成像的大 stokes位移的橙色蛋白；5）发展了具有高动态范围的FRET荧光蛋白对。目前已主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划等科研项目多项，在Nature Biotechnology和Nature Methods等国际知名杂志发表论文30余篇，申请美国专 利2项，发表国际著作章节两篇。现为美国生物物理和蛋白协会会员。邹鹏北京大学 研究员分享主题：膜电位荧光探针的构建及在神经科学中的应用复合型膜电位荧光探针的构建神经动作电位的成像观测基于全光学手段的电生理记录嘉宾简介邹鹏研究员，博士生导师，2007年本科毕业于北京大学化学与分子工程学院，获化学学士和物理学学士双学位。2012年获美国麻省理工学院化学博士学位。2013年至2015年在哈佛大学化学与化学生物学系进行博士后工作。2015年5月起任北京大学化学与分子工程学院特聘研究员，兼任北大-清华生命科学联合中心和IDG/麦戈文脑科学研究所研究员。2019年获美国化学会旗下《化学与工程新闻》杂志 Talented 12 奖励，并担任《大学化学》副主编。2020年度 获得OKeanos-CAPA青年学者奖，北京大学教学优秀奖。2020年入选北京脑中心“北脑青年学者”。邹鹏博士致力于发展新型化学探针技术，实现对神经细胞高时空分辨的定量观测。课题组综合运用蛋白质工程、分子生物学和有机合成等手段创造新的功能分子，包括各类荧光探针、具有特殊活性的酶等；同时结合光学、质谱学等仪器技术，利用这些工具观测神经系统的结构与功能，并通过数学建模对数据进行定量分析。并率先提出“复合型膜电位探针”的概念，利用化学手段将荧光染料与视紫红质蛋白相偶联，利用后者的电致变色效应实现膜电位成像。相关研究成果发表在《自然-化学生物学》、《细胞-化学生物学》《德国应用化学》，PNAS等学术期刊。万金霞北京大学 博士分享主题：点亮大脑：可遗传编码神经递质荧光探针的开发及应用可遗传编码五羟色胺荧光探针的开发和刻画五羟色胺探针在活体小鼠中的应用其它可遗传编码的神经递质/调质探针嘉宾简介万金霞，北京大学生命科学学院2015级生理学专业博士生，导师为李毓龙教授。研究方向为通过开发新型的成像探针，在时间和空间尺度上帮助解析神经系统的复杂功能。博士期间主要致力于新型可遗传编码的五羟色胺探针的开发与应用，主要研究成果以独立第 一作者身份发表于Nature Neuroscience。以共同作者的身份发表论文共5篇，曾获得北京大学优秀毕业生、北京大学优秀博士学位论文、北京大学“三好学生”、北京大学优秀科研奖、北京大学专项奖学金等荣誉与奖励。论坛日程8月3日(周三）19:00精彩不容错过↑码上相约，本场直播全程免费↑▼分享下图到朋友圈，叫上师兄师弟师姐师妹一同get基因编码荧光探针的前沿研究，助力大家开阔视野、拓宽思路~

意大利国家研究委员会晶体学研究所（CNR-IC）与罗马一大、罗马三大以及英国ISIS脉冲介子和中子源合作开展了一项研究，详细分析了白磷钙矿（whitlockite）的结构，并首次获得完整表征，这一研究也将有助于改进生物医学材料的性能。相关论文发表在《Crystals》上。白磷钙矿是一种稀有的天然磷酸钙，存在于陆地花岗岩岩石和球粒陨石中，可作为合成磷酸三钙的天然替代物。合成磷酸三钙是一种生物材料，用于骨科和牙科领域的填料和涂料。合成磷酸三钙是合成羟基磷灰石的替代品，后者与人类骨骼与牙齿的矿物质成分非常相似，但在某些情况下（例如用作骨假体）表现得很脆弱。研究人员在通过X射线衍射对白磷钙矿进行初步分析，利用中子衍射氢原子进行定位，使用电子探针以确认其化学成分，并使用红外光谱法对衍射结果进行补充。研究人员表示，基于对天然材料的研究，可以进一步改进与其类似的合成材料的性能，降低其脆弱性以及用作假体时的排斥风险，从而改善假体的安全性及整体表现，更好地应用于生物医学等领域。

p style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/8285de06-fab1-432b-acd4-3147494e96d5.jpg" title="tpxw2017-08-10-03_副本.jpg"//pp　　在国家自然科学基金重大研究计划、国家杰出青年科学基金项目和面上项目的资助下，华东理工大学杨弋教授团队开发了一系列特异性检测还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的高性能遗传编码荧光探针iNap，相关研究成果以“Genetically encoded fluorescent sensors reveal dynamic regulation of NADPH metabolism”(遗传编码的荧光探针揭示NADPH代谢的动态调节)为题于2017年6月5日以“研究长文”的形式在线发表在Nature Methods，2017年7月28日正式刊出。陶荣坤博士、赵玉政研究员和初环宇博士为共同第一作者。华东理工大学杨弋教授和中国科学技术大学刘海燕教授为文章的共同通讯作者。/pp　　烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH/NAD+)及其磷酸化形式(NADPH/NADP+)，作为生物体内两对最重要的辅酶和核心代谢物，常被用作评价细胞代谢状态的关键指标，与衰老及相关疾病如癌症、糖尿病、肥胖症、心脑血管疾病、神经性退行性疾病等的发生发展密切相关。长久以来，细胞代谢的检测主要依赖酶学、色谱、质谱等，这些方法不仅破坏了细胞或生物体的完整性，更难以应用于高通量筛选。为了解决这一重要科学难题，2011年，杨弋教授团队利用合成生物学方法开发了一系列遗传编码的NADH荧光探针，实现了在活细胞及各种亚细胞结构中对NADH分子的实时动态、特异性的检测与成像(Cell Metabolism, 2011, 14, 555)。2015年，该团队又报道了可同时检测NAD+，NADH及其比率的第二代细胞代谢荧光探针NADH氧化还原比率探针(SoNar)，像火眼金睛一样，可察觉到癌细胞与正常细胞的微细代谢差异(Cell Metabolism, 2015, 21, 777)。并进一步建立了细胞代谢荧光探针在单细胞、活体动物成像及高通量药物筛选方面的系统研究方法(Nature Protocols, 2016, 11, 1345)。/pp　　NADH和NADPH的荧光光谱相似，但是二者的生理功能却显著不同。NADH主要参与物质能量代谢，而NADPH主要参与合成代谢以及抗氧化，传统的自发荧光分析方法很难区分这两种小分子。该研究团队在第二代NADH荧光探针SoNar的基础上，通过对底物结合蛋白的理性设计和改造，开发了一系列高性能遗传编码荧光探针iNap，特异性检测NADPH，实现了在活体、活细胞及各种亚细胞结构中对NADPH代谢的高时空分辨检测与成像。该研究首次报道了癌细胞内不同亚细胞结构中游离的NADPH水平，发现了氧化应激时癌细胞内NADPH代谢受葡萄糖水平动态调节。研究团队也进一步发现人体内源性类固醇激素DHEA通过抑制G6PD活性和激活AMPK活性，对NADPH代谢实现双向调节作用。鉴于AMPK信号通路在衰老、糖尿病、肥胖症以及癌症中的重要角色，这一研究结果有望破解DHEA作为一种药物和膳食补充剂在这些疾病方面发挥出的有益作用。NADPH作为细胞内的还原力，在生理或病理条件下发挥重要角色。该研究报道的细胞代谢荧光探针iNap，不仅可应用于抗氧化、AMPK、脂肪酸合成等代谢途径与通路分析，也可用于衰老及相关疾病创新药物的发现。/p

style type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylestyle type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylep　　近日，中国科学院上海药物研究所和华东理工大学合作研究，以“光致变色荧光糖探针光控识别细胞内靶物质”为题的论文，在线发表在《自然-通讯》上，该研究为细胞的靶向、精准功能标记研究提供了新的光可控化学探针工具。/pp　　可靶向、精准探测不同细胞生命和疾病过程的荧光探针技术，对生命科学的发展和疾病早期诊断具有重要意义。传统荧光探针易受生物背景光干扰，且通常只能通过被动扩散进入细胞产生待测物识别信号，造成了探测的低精确性。为解决这一关键问题，研究人员通过将螺吡喃光致变色分子、1,8–萘酰亚胺荧光团与具备膜受体主动靶向功能的半乳糖分子共价连接，创制了可通过远程光控实现细胞精准定位及靶标识别的光致变色荧光探针。初步研究发现，通过紫外/可见光的循环照射可实现对探针螺吡喃/部花青结构的可逆调控，进而实现探针萘酰亚胺荧光发射的循环“开/关”控制。此外，探针的螺吡喃态与细胞内广泛存在的硫化物不发生相互作用，而当远程光激活其部花青态时，探针可迅速与亚硫酸根阴离子发生化学反应，从而阻断探针的光致变色活性，使荧光处于恒定的“开启”状态。/pp　　基于其独特的光学性质，研究人员进一步应用所构建探针实现了细胞精准荧光标记及光控靶标识别：首先，探针可在水相中形成双亲性胶束，从而通过糖簇与一种膜受体的高亲和力识别实现主动细胞定位。随后，通过紫外/可见光的循环调控，探针可在细胞内执行多次可重复的“荧光闪烁”现象，从而提升了荧光探针在复杂细胞内环境中的定位精准度。最终，探针可通过远程光激活策略（即螺吡喃向部花青结构的光调变）实现细胞内源性亚硫酸根阴离子的灵敏探测与定量。/pp　　研究工作得到国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金、高等学校学科创新引智计划(111计划)的资助。/ppbr//pp style="text-align:center "img alt="" oldsrc="W020171107525632911367.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/74f6b9bf-6e50-4459-9c17-bdff754781c0.jpg"//pp style="text-align: center "光致变色荧光SP-Gal的分子设计及其在溶液和细胞内的作用机制/p

p style="text-align: justify "　　近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员韩克利、朴海龙与深圳晶泰科技有限公司(XtalPi)的科研团队合作，发现谷胱甘肽转移酶(GST)荧光探针分子的整体识别性能受控于传统意义上的识别基团，且与荧光团的缺电子性相关。/pp style="text-align: justify "　　GST是一种重要的II期解毒酶，通过催化谷胱甘肽(GSH)亲核进攻并加合到目标物的亲电中心，增加其亲水性以便于运输和排出细胞外，从而达到解毒目的。相比于正常组织和细胞，GST在多种癌症中的过表达，成为重要的多药抗性癌症标记物。近红外荧光探针具有高穿透性、低背景荧光、便于活体成像等优点，因而更具实用价值 然而，文献中对检测GST的该类探针鲜有报道。/pp style="text-align: justify "　　研究人员在前期工作(Research，2020)的基础上，以保持系列识别基团不变为前提，通过引入带正电荷的近红外菁类荧光团HCy以替换先前的双光子荧光团NI，发现HCy系列探针均比相应的NI系列探针具有更强的非酶促和酶促反应性。从实验和理论计算两个层面，对该研究及相关文献中的反应动力学结果进行分析推理论证，研究人员发现，上述现象源于荧光团更强的缺电子性而非亲水性，由此导致HCy系列探针中兼具高灵敏度和低背景反应噪音的实用探针为识别基团亲电性更弱的HCy2(对位取代基为三氟甲基)和HCy9(对位为氢原子)，这与对位取代基为氰基的NI3形成对比，打破已有研究中科研人员对氰基的固有依赖。在该现象的“信号放大”效应下，识别基团之间反应性差异导致的其对不同亚型同工酶的选择性区别得以显现，该结论得到分子对接模拟结果的印证。研究人员进一步通过细胞、组织及模式小鼠活体成像的结果，验证HCy2和HCy9检测GST的实用性。此外，尽管学界普遍认为不易通过光致电子转移(PET)调控近红外探针的荧光传感，该研究通过超快光谱和量化计算，证明HCy系列探针的传感机理的确是PET，且识别基团的亲电性也会影响荧光传感效率。该研究为荧光探针的整体设计观提供启示和借鉴。/pp style="text-align: justify "　　相关研究成果发表在《化学科学》(Chemical Science)上，研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等的资助。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 368px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/2d332ee2-7b8b-43b3-8023-34bf05daf078.jpg" title="1000.jpg" alt="1000.jpg" width="600" height="368" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong图.荧光团缺电子性在近红外荧光探针识别机制中的作用/strong/ppbr//ppbr//p

阿尔兹海默病（Alzheimer’s Disease，AD）是一种严重的神经退行性疾病，其起病隐匿，病程长，病因复杂，严重影响患者的生活质量，给患者家庭和社会带来巨大的经济负担。AD的主要病理特征之一表现为患者脑部出现β-淀粉样蛋白（β-Amyloid proteins，Aβ蛋白）的沉积。开发能特异性靶向Aβ蛋白，特别是AD早期的Aβ蛋白单体和寡聚体的分子影像探针，对于AD的早发现和早治疗，以及抗AD药物治疗效果的早期评估都具有重要意义。　　近日，中国科学院上海药物研究所研究员柳红课题组与南京大学化学化工学院教授叶德举课题组合作构建了靶向Aβ蛋白的近红外荧光小分子探针，并应用于转基因AD模型小鼠脑部Aβ蛋白的实时荧光成像与可视化。该成果以Engineering of donor-acceptor-donor curcumin analogues as near-infrared fluorescent probes for in vivo imaging of amyloid-β species为题发表在Theranostics上。　　近红外荧光成像由于具有灵敏度高、成像快捷、操作简便等优点，已被广泛应用于疾病标志物的检测中。近年来，研究人员也相继开发了Aβ蛋白响应的荧光探针用于Aβ蛋白的检测。但是，目前报道的荧光探针大多还存在荧光发射波长较短，与Aβ蛋白的结合动力学过程较慢、亲和力较低，以及仅能检测AD病程较晚期的Aβ蛋白斑块等不足。因此，发展具有近红外荧光发射波长，对Aβ蛋白单体、寡聚体和聚集体具有快速响应和高亲和力的近红外荧光探针用于活体内Aβ蛋白的高灵敏度和高特异性检测，对AD的早期诊断和疗效监测具有重要意义。　　该工作基于Aβ单体、寡聚体和聚集体的蛋白结构与结合模式，通过理性设计和官能团替换，设计并合成得到9个具有Donor-Acceptor-Donor（D-A-D）结构的近红外荧光探针（1-9），可以与Aβ蛋白单体、寡聚体和聚集体高特异性结合并产生显著增强的近红外荧光信号。　　该研究中发现的探针9具有较红的近红外荧光发射波长，较高的荧光量子产率，一方面可提高光对颅骨和头皮的穿透深度，从而提高探针活体上检测Aβ蛋白的灵敏度；另一方面可降低探针在活体应用时的给药剂量，从而减少了高剂量探针对神经系统的潜在毒性。此外，探针9因引入具有一定亲水性能的羟乙基官能团，改善了探针的理化性质，提高了探针的进脑量。同时，探针9表现出快速的结合动力学过程（ 120 s）、较高的检测灵敏度和良好的选择性。该研究进一步利用正置荧光显微镜进行脑部微区实时动态荧光成像发现，探针9可快速穿透血脑屏障，进入脑实质，并与脑部的Aβ蛋白结合，产生“激活的”近红外荧光信号，以此有效区分转基因AD模型小鼠与对照野生型小鼠。　　探针9可高灵敏度、高特异性地检测Aβ蛋白单体、寡聚体和聚集体，并在活体上有效区分6月龄的早期AD模型小鼠与对照野生型小鼠，可用于AD的精确诊断，进而对AD进行早期发现和干预治疗。探针9有望作为一种检测Aβ蛋白的有效工具，并应用于实时评估抗AD药物的治疗效果。　　相关研究工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金以及南京大学优秀研究项目的资助。　　论文链接探针与Aβ蛋白响应机理示意图

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学光学与分子影像研究中心研究员储军课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为A high-performance genetically encoded fluorescent indicator for in vivo cAMP imaging的研究论文，报道了高性能基因编码的环磷酸腺苷（cAMP）荧光探针及其应用。cAMP是细胞内关键第二信使，可整合来自多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信号，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针具有低毒性、低背景、可遗传、可定位特定细胞亚结构或特定细胞等优点，在生命科学基础研究中具有优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针或灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），或荧光亮度较暗，较难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白（cpGFP）插入细菌MlotiK1通道的cAMP结合结构域（mlCNBD）中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，研究得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针（G-Flamp1）。晶体结构显示G-Flamp1探针的连接肽具有独一无二的结构：其中一个连接肽是一个非常刚性的 β-strand 结构，这在其他晶体结构已知的环化重排荧光蛋白探针中是不存在的，为开发其他高性能探针提供了新思路和新方法。在体外实验中，结合/未结合cAMP的G-Flamp1有不同发色团环境。G-Flamp1在450 nm（单光子）或者900-920 nm（双光子）激发下，动态范围达最大，即ΔF/F0约为13。G-Flamp1与cAMP亲和力适中，其解离常数Kd值为2.17 μM。G-Flamp1可在亚秒时间分辨率上检测cAMP动态变化。在培养细胞中，该探针均匀分布在细胞质和细胞核中，本底荧光亮度介于同类探针cAMPr和Flamindo2之间。G-Flamp1探针在活细胞中的动态范围达到了12倍，是目前少数几个动态范围在10倍以上的荧光蛋白探针之一。同时，该探针具有良好的特异性和可逆性（图1）。研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体（mushroom body）的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，而后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化（图2），暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性（图3)。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高（图4）；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。综上，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。图1.G-Flamp1探针在体外和培养细胞内的表征图2.不同刺激下果蝇Kenyon细胞中cAMP信号的变化图3.运动过程中小鼠皮质神经元内cAMP信号的变化图4.巴甫洛夫条件反射任务中小鼠NAc脑区cAMP信号的变化该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步阐释cAMP信号的调控和功能奠定了基础。结合高内涵药物筛选平台，该探针将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。 研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，并获得北京大学、中科院神经科学研究所、中山大学附属第五医院、美国堪萨斯州立大学、华中科技大学等的支持。

胰岛素是体内唯一的降血糖激素，由胰岛β细胞分泌。胰岛β细胞功能失调和胰岛素分泌紊乱是2型糖尿病的核心驱动因素。胰岛素分泌是一个精细的动态调控过程，如何可视化胰岛素分泌过程，揭示胰岛素分泌调控机制是胰岛生物学领域的难点问题。胰岛素在β细胞内与高浓度锌离子形成晶体结构，因此采用不透膜的锌离子荧光探针可标记胰岛素/Zn2+晶体，从而指示胰岛素囊泡分泌。但目前已开发的锌离子荧光探针存在的一些问题限制了该技术在生理、病理情况下的应用：一是探针亲和力过高，导致胰岛内非囊泡分泌信号较强；二是探针发射波长较短，无法与其他荧光探针联用；三是探针生物相容性差、光毒性较强，无法长时间记录胰岛素分泌过程。近日，北京大学科研团队在《Angewandte Chemie-International Edition》杂志上在线发表了题为“Red- and Far-Red-Emitting Zinc Probes with Minimal Phototoxicity for Multiplexed Recording of Orchestrated Insulin Secretion”的研究论文，通过对传统不透膜锌离子探针进行基团替换、化学结构调整，并采用全新的late-stage N-alkylation（在最后的合成阶段进行N-烷基化）合成策略，开发了一系列低亲和力、不透膜的红色和远红发射的锌离子探针，实现多色、多维、长时程胰岛素分泌监测。该研究为胰岛内分泌和2型糖尿病生理、病理机制研究，以及治疗胰岛素分泌异常疾病药物的高通量筛选提供了新的工具和技术。注：此研究成果摘自《Angewandte Chemie-International Edition》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202109510

利用荧光探针监测微环境在细胞成像、疾病诊断、材料缺陷跟踪和高分辨传感中起着至关重要的作用。然而大多数荧光分子只能检测微环境中的一种或几种分析物或物理参数，极大地限制了它们在动态复杂微环境中的应用。开发可检测多种分析物或物理参数的荧光探针不但可用于监测多种微环境，还能提供更全面的微环境信息，实现实时监测微环境的动态变化。中国科学院福建物质结构研究所研究员黄伟国团队设计开发了基于菲啶的荧光探针分子：B1，F1，和T1。B1由菲啶和吡咯单元融合，表现出一维线性的分子构型。F1含有三个B1单元，中间以苯环为核进行连接，呈现出二维的刚性平面共轭分子构型。T1含有四个B1单元，中间以1，3，5，7-环辛四烯（COT）为核进行连接，从而形成三维的动态共轭分子构型。基于COT的特性，T1可发生由马鞍形三维分子构型和平面二维分子构型的动态转变。由于三个分子均含有菲啶单元，因而可和多种分子形成Polar-π相互作用，展现出反刚致变色行为。菲啶单元上的 “N” 杂原子可对微环境中质子和离子进行响应。在极端高压下，三者均展现出荧光发射红移，其中以F1荧光红移程度最为明显（高达163nm），并实现了有机荧光分子鲜有的全彩“压致变色现”象。在细胞成像方面，F1和T1选择性地对细胞核进行染色，而B1主要对细胞质进行染色。该研究为具多重响应的荧光探针提供了新的设计方法，并在信息安全、细胞内传感、早期诊断及“靶向选择性” 治疗方面具潜在的应用前景。近期，相关研究成果发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。研究工作得到国家海外高层次人才计划、国家自然科学基金、福建省自然科学基金杰出青年项目、中国福建光电信息科学与技术创新实验室等的支持。多功能荧光探针在微环境检测方面的应用

记者日前从广东医科大学药学院获悉，该学院通过国际合作，成功合成了2个罕见的纳米孔稀土金属—有机骨架材料，该材料可作为荧光探针高效检测铁离子等金属离子浓度，可为皮肤病和贫血症等疾病中Fe3+的定量分析以及环境中Fe3+的监测提供简单、高效的检测方法。　　“传统荧光探针存在荧光信号不强、选择性差、灵敏度低、回收困难等问题，而金属—有机骨架荧光探针在用于金属离子检测方面，具有方法简单、灵敏度高、选择性好及响应速度快等优点。”刘建强说。　　刘建强说,该研究以分子工程学为依据，通过简单的溶剂热方法合成了2个罕见的纳米孔稀土金属—有机骨架材料，该新型材料对不同浓度的离子进行探测后，对于铁离子和重铬酸根离子表现出了特殊的敏感性，荧光强度出现了快速的降低，并对二氧化碳有选择性吸附作用。　　在探索合成纳米孔稀土金属—有机骨架材料规律的基础上，该团队将该材料应用于荧光探针领域，对金属离子可进行高效检测。“检测极限值越低代表灵敏度越高，检测效果也越好。以铁离子的检测而言，纳米孔稀土金属—有机骨架材料做成的荧光探针检测限度，远优于传统材料。”刘建强说。　　“纳米孔稀土金属—有机骨架材料作为探针材料，表现出对铁离子良好的选择性和灵敏性，在荧光探针和生物标记等领域具有广泛的应用前景和发展空间。”广东医科大学药学院院长李宝红说。　　此研究由该学院博士刘建强和西北大学博士侯磊、澳大利亚莫纳什大学博士斯图尔特巴顿等完成。相关科研成果近期发表在国际期刊《ChemPlusChem》上。

镧系解离增强荧光免疫分析技术(DELFIA)作为目前最灵敏的荧光生物检测方法，在科学研究和医疗领域已获得广泛的商业应用。商用的DELFIA试剂盒采用传统的分子探针如稀土螯合物作为标记物，存在着稀土离子标记比率低(最高10~30个稀土离子)、光化学稳定性差和价格昂贵等缺点。与稀土螯合物相比，稀土纳米发光材料具有化学稳定性高、可修饰性好、潜在生物毒性低等优点，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。然而，由于稀土离子4fN电子组态间的禁戒跃迁特性，直接利用稀土离子自身的敏化发光无法达到高灵敏检测的需求。因此，科学家设想能否结合DELFIA技术，将稀土纳米晶作为纳米探针替代分子探针稀土螯合物，利用纳米晶高度浓缩的稀土离子(每个纳米晶含成千上万个稀土离子)来提高其标记比率，并借助DELFIA增强液将纳米晶溶解生成大量强发光的稀土胶束，从而达到提高发光与检测灵敏度的目的。　　在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部&ldquo 973&rdquo 计划和重大科学仪器开发项目、中科院战略性先导科技专项和创新国际团队项目等支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作，发展了一种基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析技术(DELBA)。该技术沿用了商用DELFIA的操作流程，简单地以稀土纳米探针替代分子探针稀土螯合物，利用稀土纳米晶高度浓缩的稀土离子提高其标记比率，极大地增强了体系的发光与检测灵敏度。项目组通过高分辨荧光光谱、元素分析等手段，以~9 nm NaEuF4为纳米荧光探针和&beta -萘甲酰三氟丙酮(&beta -NTA)为增强剂，揭示了稀土纳米晶溶解增强的发光机理，并实现了对人体广谱肿瘤标志物癌胚抗原(CEA)的高灵敏DELBA检测，检测极限达0.1 pg/mL，比商用DELFIA试剂盒降低了近3个数量级，为迄今CEA检测最优值。进一步地，该团队利用发展的DELBA技术测试了肿瘤医院20例血清CEA值，结果与商用DELFIA试剂盒基本一致，并通过测定变异系数、回收率等验证了该方法的准确度和可靠性。上述工作以通讯形式于8月11日在线发表在《德国应用化学》杂志上(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, DOI: 10.1002/anie.201405937)，并申请了中国和PCT国际发明专利。　　此前，该团队在基于稀土纳米荧光探针的肿瘤标志物检测方面已取得系列研究进展。例如，利用LiLuF4:Yb3+,Er3+上转换纳米荧光探针实现了对疾病标志物人绒毛膜促性腺激素&beta 亚单位(&beta -hCG)的上转换荧光(UCL)检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252 Frontispiece) 利用超小CaF2: Ce3+/Tb3+纳米荧光探针实现对人体肿瘤标志物可溶性尿激酶受体(suPAR)的时间分辨荧光共振能量传递(TR-FRET)检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671)。　　基于稀土纳米探针的溶解增强荧光免疫分析原理示意图：a-传统DELFIA b-新技术DELBA

华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室、上海生物制造技术协同创新中心杨弋团队首创了一种可监测单细胞和活体动物代谢状态的新型荧光探针，并筛选到一个高效的抗癌化合物，揭示了其机制。5月5日，相关研究成果发表于《细胞&mdash 代谢》杂志。　　癌细胞代谢的改变是肿瘤发生与生长的根本原因 通过控制癌细胞的异常代谢来杀伤、抑制癌细胞，或使之回到正常细胞，可有效抑制癌症发生的进程。然而利用传统生化分析方法研究细胞代谢活动并搜寻抗癌药物，存在着效率低、成本高的技术瓶颈。NAD/NADH是一对核心代谢物,是表征细胞代谢失衡的最佳参数。　　杨弋团队研发的新细胞代谢荧光探针SoNar，基于合成生物学方法构建，具有高灵敏度、高亮度和巨大动态范围，可察觉癌细胞与正常细胞的微细代谢差异，真正实现在单细胞和活体动物水平对细胞代谢状态的高时空分辨检测和成像。利用SoNar，该团队进行了基于细胞代谢的首次活细胞水平高通量化合物筛选，发现化合物KP372-1可在低浓度下广泛杀伤不同人体组织来源的癌细胞。　　利用代谢组学、化学生物学和遗传学筛选等技术，研究人员最终鉴定了KP372-1是一种结构新颖的氧化还原循环底物，能在癌细胞中特异高表达的NQO1酶催化下产生极度氧化应激，进而杀灭癌细胞。据悉，该化合物比目前已进入临床II期的依赖NQO1的经典抗癌化合物&beta -拉帕醌具有更高的口服利用度、更长的药物作用半衰期和更低的药效浓度。　　据悉，该项研究工作在杨弋的指导下，由赵玉政和呼庆勋等研究生耗时5年完成。同时，SoNar探针还可以广泛应用于细胞代谢相关的活细胞与活体实时监测，为人们更好地了解物质与能量代谢的调节机制提供重要的创新工具与手段。

手术治疗（外科治疗）是癌症常见和有效的治疗手段之一。癌症部位的精准成像能够保障肿瘤组织的完全切除和健康组织的不必要切除，不仅是癌症临床诊断的重要手段，也是肿瘤手术治疗的“导航”。然而，如何实现肿瘤病变组织和正常组织的精准成像辨识是分析科学的难点和核心问题。双锁定近红外荧光探针在肿瘤微环境下激活示意图中国科学院兰州化学物理研究所中科院西北特色植物资源化学重点实验室药物化学成分与分析技术团队围绕抗肿瘤药物分子的定位递送与成像分析开展了系列工作。该团队设计合成了抗肿瘤药物的前药分子，利用荧光成像和质谱成像结合的多模式成像技术，实现了抗肿瘤药物分子在肿瘤部位的定位递送、释放和分布过程的精准示踪，相关成果发表在Analytical Chemistry期刊上，获中国发明专利授权1项。近日，该团队利用肿瘤缺氧和高浓度谷胱甘肽的微环境特征，采用非共价的构筑理念，创新性地设计制备了一种“双锁”近红外荧光探针CF3C4A-CySS。该CF3C4A-CySS探针仅仅在肿瘤微环境中缺氧和高浓度谷胱甘肽的共同作用下被激活，开启近红外荧光信号。研究人员在细胞和荷瘤小鼠等体内外实验中验证了“双锁”探针CF3C4A-CySS的特异性成像性能。此外，研究人员还利用质谱成像技术，在分子水平上进一步确证CF3C4A-CySS探针在肿瘤部位定位激活的特性。结果表明，设计制备的“双锁”近红外荧光探针CF3C4A-CySS能同时响应肿瘤缺氧和谷胱甘肽两种刺激，高选择性地探针肿瘤细胞和肿瘤组织，为精准的肿瘤成像和肿瘤诊断提供了技术手段。

食管癌是我国的高发癌症之一，数据显示，我国食管癌的发病率和死亡率均占全球的一半以上。根治性手术切除是首选，而无法精准识别微小转移病灶是影响手术预后的重要原因，近红外荧光（NIRF）探针虽然能辅助识别肿瘤边界、检测转移病灶，但单一的靶向探针却难以覆盖大部分食管癌病灶。近日，中山大学附属第五医院（中大五院）单鸿教授团队研发了一种双靶向近红外荧光探针，可有效提高肿瘤靶向性，为食管癌精准手术提供新型可视化手段。相关研究成果Preclinical evaluation of a novel EGFR&c-Met bispecific near infrared probe for visualization of esophageal cancer and metastatic lymph nodes，发表在核医学与分子影像期刊《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》上。其中单鸿教授、李丹研究员为共同通讯作者，梁明柱副主任医师为第一作者。图1：EGFR与c-Met对食管癌转移淋巴结的联合检测率显著高于EGFR或c-Met单独检测率图2：EGFR&c&Met双靶向NIRF探针既能识别EGFR阳性食管癌又能识别c-Met阳性食管癌该研究针对食管癌特异性表达的表皮生长因子受体（EGFR）和细胞间充质上皮转化因子（c-Met），聚焦食管癌发生发展过程中肿瘤靶点蛋白表达特征，发现EGFR和c-Met在食管癌和转移淋巴结互补表达，EGFR或c-Met单独检测率仅为50%-60%，而联合检测率提高至80%以上（图1），基于临床验证安全性的EGFR&c-Met双特异抗体构建NIRF探针，在动物肿瘤模型中证实该探针能提高食管癌的识别能力（图2），并准确鉴别良恶性淋巴结（图3），对食管癌精准手术导航具有良好的临床转化潜力和应用前景。图3：EGFR&c&Met双靶向NIRF探针准确鉴别食管癌转移淋巴洁和炎性淋巴结单鸿教授研究团队长期致力于分子影像技术的研究，在国家重点研发计划等重大项目的资助下，开发针对食管癌的系列新型探针并牵头开展多项临床试验，制定了食管癌分子影像专家共识，有力推动了我国食管癌精准诊疗技术的发展。据介绍，单鸿系中大五院院长、介入医学中心主任、影像医学部学科带头人，医学博士、博士研究生导师、教授、主任医师，享受“国务院政府特殊津贴”专家、国家重点研发计划首席科学家、南粤百杰（广东特支计划杰出人才）、广东省医学领军人才、中山大学名医，全国先进工作者、广东省五一劳动奖章获得者、珠海市荣誉市民。现任中国医院协会介入医学中心分会主任委员、中国医师协会介入医师分会副会长、《中华介入放射学电子杂志》总编辑。长期从事肿瘤、血管及肝脏疾病的多组学融合与创新研究，致力于实现疾病的独创性可视化探索，并将相关研究成果进行临床转化。以通讯或第一作者发表高水平论文100余篇，其中包括：N Engl J Med、National Science Review、Gastroenterology、Gut、Hepatology、Lancet Gastroenterol Hepatol、Radiology、Cancer Res、J Nucl Med等高水平论文。主编《临床介入诊疗学》、《临床血管解剖学—介入放射学动脉图谱》、《肝脏移植影像学》等专著。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国际（地区）合作研究项目、国家自然科学基金面上项目等多个国家级、省部级项目。授权国家发明专利13项。牵头申报的《不同性质门脉高压症综合介入治疗的临床系列研究》获2005年教育部提名国家科技进步奖一等奖；《肝移植围手术期影像学及介入诊疗技术的系列研究》获2010年广东省科技进步奖一等奖；《分子影像学在肿瘤诊疗中的基础与应用研究》获2020年华夏医学科技奖二等奖；《新型冠状病毒肺炎临床救治的“珠海实践”》获2021年珠海市科技进步奖特等奖。李丹系中大五院核医学科副主任、科研处处长，研究员、医学博士、博士研究生导师，中华医学会放射学分会分子影像学组委员、广东省医学会放射医学分会第十一届委员会分子影像学组副组长。研究方向为分子影像技术在重大疾病诊疗中的应用，主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、国家重点研发计划分课题等项目，在相关领域以第一或通讯作者发表高水平论文30余篇，其中包括：J Nucl Med、Eur J Nucl Med Mol Imaging、Acta Pharm Sin B、J Control Release、Pharmacol Res、ACS Appl Mater Interfaces等国际学术期刊，获得授权发明专利10余项。梁明柱系中大五院放射科副主任医师、医学博士、硕士研究生导师，广东省医学会放射学分会心胸学组委员、珠海市医学会放射学分会委员、珠海市医师学会放射学分会常委。长期从事胸部肿瘤影像诊断及分子探针研究，主持国家、省市级科研项目4项，参加国家重点研发计划等科研项目3项，近五年以第一作者及共同第一作者在相关领域发表包括Eur J Nucl Med Mol Imaging、J Control Release等高水平论文多篇。

p　　港媒消息称，香港理工大学今日宣布大学已研发出一种荧光探针，可快速检测食品中是否含有致癌物甲醛，测试成本比目前的做法减少90%。/pp style="text-align: center "img style="width: 500px height: 333px " title="160201_p1.jpg" border="0" hspace="0" vspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/5fb99b80-edd5-44ca-ad68-6d4991c7be04.jpg" width="500" height="333"//pp　　香港理工大学专家介绍说，若食物中含有甲醛，荧光将显示蓝色。荧光强度越高，甲醛含量越多，准确度达80-90%。/pp　　黄文健透露，传统测试方法需花费40万至50万港元，而荧光探针主要使用溶液和试管，每次测试花费少于30港元。/pp style="text-align: center "img style="width: 500px height: 333px " title="160201_p2.jpg" border="0" hspace="0" vspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/aaffd798-c5bf-412a-aa41-0e753f8cfd7c.jpg" width="500" height="333"//p

近日，大连化物所分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队利用“缓冲”策略，发展了细胞内脂滴动态识别荧光探针LD-FG，该探针具有优异的光稳定性，可在空间超分辨成像的基础上实现高时间分辨率和长时间稳定成像，从而发现了多种新的脂滴动态过程。　　脂滴是维持脂质和能量稳态的关键细胞器，由中性脂组成的内核及包裹其外的单层磷脂组成。脂滴表面分布着多种蛋白，以调控脂类的储存、代谢及脂滴运动。越来越多的研究揭示，脂滴具有更多的生理功能，例如抗菌免疫能力、促进药物积累和激活能力、内核膜代谢能力、与其他细胞器相互作用以交换营养分子、作为癌症和衰老大脑神经认知功能障碍的标志物等。尽管对脂滴功能的机制缺乏研究，但已证实这些功能与脂滴生命周期的动态密切相关。揭示脂滴的动态有助于研究脂滴的功能机制和发现新的功能。然而，脂滴的数量、位置、大小和组成在细胞之间甚至在同一细胞内可能会有很大差异，脂滴的生命周期、时间和位置上也通常不可预测且难以观察。此外，这些事件在脂滴生命周期中的发生率仍然未知。这种细胞异质性和不可预测性要求用于探测脂滴动态的成像技术不仅具有对脂滴的识别能力，更需要具有较好的空间和时间分辨率，以及长时间的的稳定成像能力。　　超分辨荧光成像可突破衍射极限实现最高可达单分子的空间分辨，但荧光团易光漂白而迅速淬灭的问题使得超分辨荧光成像一直面临着时间分辨率低和成像时间长的挑战。因此提高荧光团的光稳定性是超分辨荧光成像面临的前沿问题。　　本工作中，徐兆超团队提出了“缓冲荧光探针”（buffering fluorogenic probe，BFP）的策略来解决脂滴动态成像中光稳定性的问题。“缓冲”策略（buffer strategy）是指在成像过程中，脂滴内部光漂白的荧光探针被外部周围新的和完整的荧光探针有效取代，即荧光探针交换速率大于漂白速率时，即可确保脂滴成像的光稳定性。该策略要求探针在脂滴外部时处于荧光淬灭的状态，并且在脂滴外具有较高的浓度以保证足够的缓冲能力。LD-FG有适中的脂溶性保证了既有足够的分子对脂滴进行荧光染色，同时又有足够比例的分子在脂滴外作为缓冲池。缓冲池不仅可以快速补充脂滴中的光漂白探针，保证了长时间荧光成像的光稳定性，还可以及时染色细胞中的新生脂滴，并接收脂滴减小或消亡中释放到外部的探针。　　基于LD-FG优异的光稳定性，团队借助结构光照明显微镜对脂滴的多种动态过程进行了高时空分辨率的成像，首次发现了两种新的脂滴融合模式，包括多个脂滴的同时融合和线粒体介导的融合；揭示了细胞不同区域和不同细胞之间的异质性；提出脂肪细胞分化过程中脂滴成熟的新模型，即首先进行快速脂滴融合，接着是缓慢成熟步骤；首次在细胞中观察到融合过程中的哑铃形中间形态，证明聚结（coalescence）并不像以前知道的那样罕见，而是在细胞中无处不在的。　　作为最小的生命单元，细胞是含有细胞器、分子复合物和功能单分子的多体系、跨尺度的复杂系统，不同尺度单元又根据其位置、结构、运动、浓度以及与其他功能单元的动态相互作用，精确、有序和协调地执行复杂多样的细胞功能，这使得细胞具有个体与系统性相统一、异质性、高度动态、不确定性等多种特征。团队期望“缓冲荧光探针（BFP）”的策略可以在未来用于开发针对更多不同细胞内生物靶点的光稳定探针，最终实现细胞内生物分子全景超时空分辨动态成像。　　相关成果以“Stable Super-resolution Imaging of Lipid Droplet Dynamics through a Buffer Strategy with a Hydrogen-bond Sensitive Fluorogenic Probe”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。该工作的第一作者是大连化物所1818组博士研究生陈婕和博士后王超。该工作得到国家自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。

近日，中国农业科学院茶叶研究所茶叶质量与风险评估创新团队在农药残留快速检测技术方面取得新进展，相关研究结果以“Near-infrared-excitable acetylcholinesterase-activated fluorescent probe for sensitive and anti-interference detection of pesticides in colored food”为题发表在Biosensors and Bioelectronics杂志上。 　　基于乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制机理的有机磷和氨基甲酸酯类农药残留快速检测技术具有广谱、便捷、高通量、低成本等显著优点，是农产品质量安全筛查的重要手段。然而，天然色素复杂多样且存在于几乎所有植物源性样品中，极易对光学检测造成干扰，因而开发一种通用、抗色素干扰的AChE抑制检测方法具有重要实用价值。本研究根据天然色素光学背景特点，采用近红外（NIR）激发策略实现了不同植物色素共存下荧光响应信号的准确测量；通过仿生分子设计与化学合成构建了一种能够靶向响应AChE活性的NIR荧光探针，并在此基础上建立了灵敏度高、可靠性好的农药残留抗干扰快速检测方法。利用该探针，本工作实现了对甜菜根、胡萝卜、蓝莓、生菜等不同色系样品中有机磷和氨基甲酸酯类农药的直接快速检测；对样品中敌敌畏的检出限（5.0 μg/kg）低于UPLC-MS等常规仪器检测方法。 　　本研究得到了国家自然科学基金、浙江省公益计划研究项目、中国农业科学院创新工程等项目资助。我所2020级硕士研究生吴正浩为论文第一作者，郝振霞副研究员、陈红平研究员和鲁成银研究员为共同通讯作者。

内源性大麻素（eCB）是由神经元合成和释放的一类脂类神经调质分子，可参与大脑多个脑区的突触可塑性调节，对情绪、睡眠、食欲等神经活动过程具有调控功能。内源大麻素系统的调控异常与神经退行性疾病、癫痫、成瘾、抑郁症和精神分裂症等诸多神经疾病和精神类疾病密切相关。然而，目前缺乏高灵敏度、高时空分辨率的实验手段直接检测在体eCB的动态变化。　　近日，发表在《Nature Biotechnology》上的一项题为“A fluorescent sensor for spatiotemporally resolved imaging of endocannabinoid dynamics in vivo”的研究中，来自北京大学的研究团队基于人源大麻素受体CB1和循环重排的绿色荧光蛋白cpEGFP开发了eCB探针eCB2.0，用于检测eCB的时空动态变化。　　研究人员利用人源性大麻素受体CB1作为探针的骨架，并把对结构变化敏感的绿色荧光蛋白cpEGFP嵌入受体，改造后的CB1与eCB结合会引发构象变化，而构象变化则会被转换为荧光信号，因此可通过检测荧光亮度变化来反映eCB水平的变化。研究团队在体外培养的细胞、脑片和活体小鼠上均能检测到稳定的eCB信号，该探针被证实具有亲和力强、灵敏度高、分子特异性、相应速度快等优点。　　该项工作首次实现了对eCB的高时空间分辨率记录，为科学界深入研究eCB在生理和病理条件下的重要功能和调控机理提供了有力的新工具。 　　论文链接：　　https://www.nature.com/articles/s41587-021-01074-4　　注：此研究成果摘自《Nature Biotechnology》，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

高氯酸盐具有强氧化性和高稳定性，是广泛应用于固体推进剂、军工生产、航天器材、烟花爆竹等领域的重要含能材料之一。据美国爆炸数据中心统计，以高氯酸盐/氯酸盐作为原料直接或间接参与的爆炸案达全球爆炸案总量的63.4%。因此，开展对痕量高氯酸盐固体的高灵敏、准确的现场检测对保障国家公共安全具有重要的现实意义。中国科学院新疆理化技术研究所爆炸物传感检测团队长期致力于痕量危化品检测方法研究，在危爆品、特别是非制式爆炸物的高灵敏、快速、识别检测原理和器件设计方面发展了系列新的解决方案（Adv. Mater. 2020, 32, 1907043、Adv. Sci. 2020, 2002991、Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI: 10.1002/anie.202203358等）。近期在高氯酸盐现场可视化检测方面取得进展，提出了一种基于自组装配合物探针与水凝胶耦合作用协同调控的超高灵敏比色-荧光双模可视化传感新策略，成功实现了超痕量高氯酸盐的现场双模可视化检测。该团队以三联吡啶铂(II)辅助配体为切入口，结合量子化学计算，系统研究了不同辅助配体对水溶液中三联吡啶铂(II)自组装产物Pt-Pt金属作用导致的MMLCT态光谱能量和发光稳定性的影响，阐明了辅助配体调控高氯酸根诱导聚集产物发光性质的一般性规律。研究发现，异硫氰酸根为辅助配体时，高氯酸根诱导聚集的三联吡啶铂(II)自组装产物具有能量最低且最稳定的MMLCT吸收/发射光谱，而溴为辅助配体时，自组装产物的MMLCT发生强度最高。因此，结合反阴离子调控，获得了具有良好水溶性的三联吡啶铂(II)配合物高氯酸盐比色-荧光双模可视化探针，实现了对高氯酸盐的高灵敏、高特异、快速、双模可视化传感。在此基础上，该团队提出了利用水凝胶反应介质与探针之间的耦合效应对传感材料发光信号局域增强的提升策略。通过将该铂(II)配合物探针与具有均一网络结构的PVA水凝胶耦合，利用自组装生成的微米级一维纤维状聚集体与水凝胶网络的相互作用，实现了对发光产物的完全锚定，实现了对0.75 μm（0.73 fg）高氯酸盐单颗粒的比色-荧光双模传感信号的直接观测，对空气中高氯酸盐悬浮微粒的检测限低至0.02 fg。该研究提出的辅助配体精细调控提升自组装阴离子探针双模可视化传感性能的策略，不仅可为具有特异双模光学响应信号的阴离子探针设计提供指导，还发展了基于单颗粒响应信号直接观测的超灵敏嗅觉传感方法，可为其他超痕量难挥发化学物质传感提供借鉴。此外，爆炸物传感检测团队以该研究为核心，与新疆公安厅共同发布自治区地方标准1项（DB 65/T 4451-2021《氯酸盐和高氯酸盐的检测目视化学比色法》），为相关行业提供了高氯酸盐检验鉴定操作规范。系列研究成果分别发表在《Journal of Materials Chemistry A》（杂志封底）和《Sensors and Actuators B: Chemical》上，博士研究生苏珍为第一作者，导师窦新存研究员和李毓姝副研究员为共同通讯作者，相关理论计算部分与太原科技大学李坤教授合作完成。研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院及自治区相关项目的资助。论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta00843bhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521002975封底链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta90087d

您是否难以在肿瘤学、关节炎或体内炎症模型中获得与生理相关的监测时间点？在临床前研究中，监测和可视化分析生物系统中的生物学靶点，信号通路和疾病发生过程的能力至关重要。诸如MMPSense系列的近红外荧光探针正是帮助您推进针对炎症、关节炎和肿瘤学研究计划所需要的体内成像剂。什么是MMPs，它们的功能是什么?基质金属蛋白酶(MMP)是钙依赖性的含锌内肽酶，可促进多种组织的体内平衡，并通过降解细胞外基质参与多种生理过程，例如组织重塑，血管生成，免疫和伤口愈合。在健康的生物学模型中，其激活受到多种机制调节。而在疾病发病过程中，MMP激活失去调控，且可能对基础结构蛋白造成潜在地严重破坏。因此，我们不仅需要在病灶处检测常规MMP的表达水平，更须具备区分活性和非活性MMP的能力，使得我们能够揭示独特的局部生物学作用以及评估特定药物的治疗功效。正常以及异常激活MMP时检测和定量体内活性MMP的能力可以反映许多疾病相关过程的进展和严重程度，包括：1癌症，肿瘤转移，血管生成2心血管重塑，心脏代谢疾病，动脉粥样硬化3炎症4肺部疾病 5类风湿关节炎，自身免疫，骨关节炎 6寄生虫感染7缺血性脑损伤图1. 基质金属蛋白酶在组织重塑区域中具有活性，在这种情况下，在肿瘤生长、侵袭和血管形成部位处MMPs高度表达且具有活性。MMPSense近红外荧光探针的作用原理是什么？MMPSense近红外(NIR)荧光探针使用新型专利技术*实现体内蛋白酶活性的可视化成像。在完整的探针中，荧光团彼此靠近并发生淬灭，因此不发光（图2a）。在活性基质金属蛋白酶存在的情况下，会切割短的底物序列或支架，使得荧光团彼此分离并去猝灭，最终在被激发光激发后发射出荧光信号（图2b）。图2. MMPSense探针激活原理图。(a)与荧光团非常接近的信号淬灭探针，(b)蛋白酶切割将荧光团分开，从而能够去淬灭并被激活。如何使用MMPSense近红外荧光探针？我们在此介绍了两项应用案例以说明 MMPSense 荧光探针的应用方法。应用研究 1 - 关节炎模型使用MMPSense 680监测关节炎的进展和体内治疗在用胶原蛋白免疫或全身注射抗胶原抗体的关节模型中，水肿、炎症和抗胶原的免疫反应会导致关节中组织和骨骼的破坏。这些通常都表现为爪子肿胀程度的变化。目前，最常通过爪子肿胀减轻、主观临床评分和组织病理学来追踪抗炎和抗关节炎疗法的功效。使用MMPSense，除了进行上述的标准评估方法外，您可以无创检测和监控潜在炎症过程中的早期细微变化，通过监测MMP活性这一手段所反映的疾病进展与药物疗效，与后期的组织学评估结果相吻合。在图3中，您可以在给予MMPSense 680后24小时（图3a）模拟健康爪子（对照）和（图3b）胶原处理的患有发展性关节炎的鼠爪中观察到MMP激活。图3. 使用MMPSense 680，在健康和胶原处理的鼠爪中MMP激活。在FMT4000小动物活体荧光断层成像系统上成像。应用研究 2 – 肿瘤模型通过植入的4T1肿瘤细胞在乳腺脂肪垫模型中监测肿瘤发展借助MMPSense荧光探针，可进行多时间点化疗药物治疗下的肿瘤进展观察。图4显示了未治疗的对照乳腺脂肪垫肿瘤（对照），用N-乙酰半胱氨酸和MMP抑制剂(NAC + pan-MMPI)治疗的动物以及用治疗剂多西环素治疗的动物。注射MMPSense 750 FAST探针后12小时，通过落射荧光成像观察肿瘤进展。图4. 注入小鼠乳腺脂肪垫模型中的植入Bioware Brite 4T1-Red-Fluc肿瘤细胞的肿瘤发展和监测。使用MMPSense 750 FAST荧光探针和FMT4000小动物活体荧光断层成像系统对结果进行可视化。将 MMPSense 荧光探针检测融合到完整活体检测解决方案中珀金埃尔默提供了完整的体内成像解决方案，包括试剂、仪器和支持专业知识，这可以帮助您监测和设计实验，以了解疾病的进展及其相关过程，并评估针对疾病潜在机制的药物潜在治疗效果。MMPSense用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶（MMP，metalloproteinase，包含MMP2、3、7、9、12、13）的活性，适用于肿瘤、关节炎、肺炎、心血管疾病动物模型的研究及相关药物研发。MMPSense提供三种波长：645、680和750nm。MMPSense FAST（Fluorescent Activatable Sensor Technology，荧光激活传感器技术）系列具有更出色的药代动力学特征，能够在更早的时间点提供更高的靶标特异性信号，降低了背景，同时还缩短注射后的等待成像时间。现针对MMPSense系列产品可享受一次性50%折扣优惠，促销活动至2020年3月31日截止。（*专利9574085-具有生物相容性的含N，N-二取代磺酰胺的荧光染料标签。）现针对MMPSense系列部分产品可享受一次性50%折扣优惠，促销活动至2020年3月31日截止。促销产品目录MMPSense 645 FAST货号：NEV10100MMPSense 645nm 近红外荧光探针 (FAST系列)，具有更高特异性及更快动力学特性，用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶(MMP, metalloproteinase)活性，包含MMP2/3/7/9/12/13，可用于癌症、关节炎、肺炎、心血管疾病研究。原价：￥5,750促销价：￥2,875识别二维码下单MMPSense 680货号：NEV10126用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶(MMP, metalloproteinase)活性，包含MMP2/3/7/9/12/13，可用于癌症、关节炎、肺炎、心血管疾病研究。原价：￥5,750促销价：￥2,875识别二维码下单MMPSense 750 FAST货号：NEV10168MMPSense 750nm 近红外荧光探针 (FAST系列)，用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶(MMP, metalloproteinase)活性，包含MMP2/3/7/9/12/13，可用于癌症、关节炎、肺炎、心血管疾病研究。原价：￥5,750促销价：￥2,875识别二维码下单

FITC标记多糖——荧光探针下的多糖世界 荧光素异硫氰酸酯（Fluorescein Isothiocyanate, FITC）是一种绿色荧光染料，广泛应用于生物标记和成像技术。多糖作为重要的生物大分子，参与了众多生物过程和功能。将FITC标记在多糖上，使其在荧光显微镜或流式细胞仪等设备下进行可视化和定量分析，在生物医学研究中具有重要意义。本文将着重介绍几类常见的FITC标记多糖，并详细讨论其在实验技术和生物医学应用中的重要作用。 常见的FITC标记多糖 FITC标记透明质酸 透明质酸（Hyaluronic Acid, HA）是一种天然存在于结缔组织、上皮组织和神经组织中的多糖。它在组织修复、细胞迁移、肿瘤生物学等方面具有重要作用。通过FITC标记透明质酸，可以实现对其在细胞和组织中的动态分布和代谢途径进行研究。 FITC标记葡聚糖 葡聚糖（Dextran）是一种由葡萄糖单元组成的多糖，常用于血浆扩容剂和药物载体。FITC标记葡聚糖主要用于研究其在生物体内的分布和清除过程，以及在药物输送系统中的作用。 FITC标记几丁质和壳聚糖 几丁质（Chitin）和壳聚糖（Chitosan）是由N-乙酰葡糖胺和葡糖胺组成的多糖，广泛存在于甲壳类动物的外骨骼中。FITC标记几丁质和壳聚糖用于研究其在生物降解、生物相容性以及作为药物递送载体中的应用。 FITC标记海藻酸钠 海藻酸钠（Sodium Alginate）是一种从褐藻中提取的阴离子多糖，常用于生物材料和药物递送系统。通过FITC标记海藻酸钠，可以研究其在生物材料中的作用和性能，如细胞包裹和释放机制。 实验技术 荧光显微镜成像 FITC标记多糖在荧光显微镜下具有优异的成像效果。通过共聚焦显微镜，可以获得多糖在细胞内外的三维分布图像，研究其在细胞迁移、组织修复和药物递送中的动态变化。1. 样品制备：将FITC标记的多糖加入细胞培养基中，与细胞共同孵育一段时间后，固定细胞并进行染色。2. 成像：使用共聚焦显微镜对样品进行成像，获取多糖在细胞中的分布图像。 流式细胞术分析 流式细胞术是用于定量分析FITC标记多糖在细胞表面结合和摄取情况的重要技术。通过检测细胞内外的荧光强度，可以研究多糖与细胞表面受体的相互作用及其在细胞内的代谢过程。1. 细胞处理：将FITC标记的多糖加入细胞悬液中，与细胞孵育适当时间后，用缓冲液洗涤去除未结合的多糖。2. 检测分析：使用流式细胞仪检测细胞的荧光强度，分析多糖在细胞中的结合和摄取情况。 生物材料表征 FITC标记多糖在生物材料中的应用广泛，通过荧光标记技术可以直观地观察多糖在材料中的分布和降解情况。1. 材料制备：将FITC标记的多糖掺入生物材料中，制备成所需形态（如水凝胶、薄膜）。2. 表征分析：使用荧光显微镜或荧光光谱仪检测材料中的荧光分布，研究多糖在材料中的分布和降解特性。 生物医学应用 细胞成像与跟踪 FITC标记透明质酸、葡聚糖等多糖在细胞成像中应用广泛。通过荧光显微镜，可以实时跟踪多糖在细胞内外的分布，研究其在细胞迁移、组织修复和肿瘤生物学中的作用。1. 细胞迁移：FITC标记透明质酸可以用于研究其在细胞迁移过程中的作用，揭示其在创伤愈合和癌细胞转移中的机制。2. 组织修复：通过标记透明质酸，可以研究其在组织修复中的分布和作用，优化治疗策略。 药物递送系统 FITC标记海藻酸钠、壳聚糖等多糖在药物递送系统中的应用，为提高药物的靶向性和疗效提供了新的思路。通过荧光追踪技术，可以监测药物在体内的分布和释放情况，优化药物递送系统。1. 药物释放监测：FITC标记海藻酸钠微球可以用于研究其作为抗癌药物载体的效果，追踪药物在肿瘤组织中的释放和分布。2. 靶向递送：FITC标记壳聚糖纳米粒子可以用于研究其在靶向递送中的性能，提高药物的治疗效果和减少副作用。 疾病诊断与治疗 FITC标记多糖在疾病诊断和治疗中具有重要应用。通过荧光标记技术，可以开发新的生物标志物用于疾病的早期诊断和疗效监测。1. 早期诊断：FITC标记透明质酸可以用于检测血清中透明质酸水平的变化，作为肝纤维化的早期诊断标志物。2. 疗效监测：通过标记多糖，可以实时监测治疗过程中生物分子的动态变化，评估治疗效果。 生物相容性与免疫研究 FITC标记几丁质和壳聚糖在生物相容性和免疫研究中应用广泛。通过荧光标记技术，可以直观地观察多糖与细胞或组织的相互作用，评估其生物安全性和免疫调节作用。1. 生物相容性：FITC标记壳聚糖可以用于研究其在生物医用植入材料中的生物相容性，优化其制备工艺和应用效果。2. 免疫调节：FITC标记细菌多糖可以用于研究其在免疫细胞中的摄取和处理机制，揭示其在感染和免疫调节中的作用。 技术挑战与解决方案 尽管FITC标记多糖在生物医学研究中具有广泛的应用前景，但在实际操作中仍存在一些技术挑战。1. 标记效率：多糖分子结构复杂，标记位点有限，可能导致标记效率较低。通过优化反应条件，如调整pH值、反应温度和时间，可以提高标记效率。2. 标记均一性：多糖分子大小和结构的异质性可能导致标记的不均一性。为克服这一问题，可以通过改进多糖的纯化和预处理方法，获得更加均一的多糖样品。3. 标记稳定性：FITC标记的多糖在储存和使用过程中，可能会发生荧光淬灭或脱落。为提高标记稳定性，可以优化标记反应条件，并在储存和使用过程中注意避光、防潮，低温保存。 未来发展方向 随着生物医学技术的发展，FITC标记多糖的应用前景将更加广阔。1. 多功能标记：通过结合多种荧光染料，可以实现多功能标记，研究多种生物分子的相互作用和调控机制。2. 智能药物递送：开发基于FITC标记多糖的智能药物递送系统，实现药物的可控释放和靶向治疗，提高治疗效果。3. 高通量筛选：通过高通量筛选技术，开发新型FITC标记多糖，应用于生物医学研究和临床诊断。 结论 FITC标记多糖在生物实验和生物医学研究中具有重要应用。通过荧光标记技术，可以实现多糖在细胞和体内的可视化和定量分析，促进了多糖在细胞迁移、组织修复、药物递送、疾病诊断和治疗等方面的研究。尽管在技术应用中仍面临一些挑战，但通过不断优化和改进，FITC标记多糖将在未来生物医学领域发挥更加重要的作用。 阿拉丁：https://www.aladdin-e.com