荧光和辐射探针为研究人员提供了更详细的数据

辛辛那提大学的JiajieDiao和YujieSun的研究方法很简单：保持开放的心态，跟随数据前进。这意味着即使是偶然的发现也会得到认真对待，而实现目标的道路并不总是从A点到B点都是笔直的。这种心态导致了富有成效的合作，研究人员最近发表了有关新探针的文章，提供了更多有关如何进行研究的信息。细胞功能发表在《化学科学》和《生物传感器与生物电子学》杂志上。

更深入地观察组织

该团队之前开发的探针主要关注一种称为溶酶体的特殊结构，它充当细胞内的“回收中心”，将破损或故障的材料重新用于不同的目的。溶酶体内pH值异常与细胞功能障碍有关，从而导致癌症和阿尔茨海默病等疾病。

前两代探针在细胞水平上提供了关于溶酶体酸度的越来越详细的信息，但激活探针的短波长光不足以穿透组织。

“我们必须使用较短的波长来激发探针，通常是可见光波长，因此它们的穿透力非常有限，”加州大学医学院癌症生物学系副教授刁博士说。“我们无法深入，所以它有利于细胞成像，但它不利于组织或活体有机体(体内)的研究。”

研究人员的最新进展是使用两个波长较长的较低能量光子来激活探针。称为双光子成像，较长的波长可以穿透得更深，以便可以对动物模型和人体组织进行研究。

Sun和Diao开发了三种双光子探针，它们位于细胞的不同区域，可用于更好地可视化细胞器或细胞内的特殊结构。

“它可用于双光子显微镜，以显示细胞、类器官和组织的3D图像，”加州大学化学系教授Sun博士说。“我们正在开发新型双光子吸收荧光探针，它对各种因素敏感，例如pH、粘度和离子种类。”

“很多时候，组织甚至体内测量比细胞更重要，”刁补充道。“该探测器将照亮单个细胞器，它比目前可用的商业双光子探测器要好得多。”

详细了解单个细胞的活力

研究人员测试癌症等疾病的新疗法，测量细胞活力，或者细胞在接触治疗后是否正在死亡或保持活跃。

“当你进行治疗时，你首先要检查的是细胞活力，”刁说。

传统上，细胞活力是通过一次观察数百万个细胞群来测量的，刁说，这就像根据整个组学生的平均分数给他们相同的考试成绩。

“每个人有时都会感觉到，这是不公平的，因为每个人都是不同的，”刁说。“每个细胞都是不同的。”

细胞生物学领域的进步引发了人们对测量个体细胞活力的新兴趣，这就像根据每个学生在考试中的表现来评分一样。通过展示不同类型的细胞对正在测试的治疗的反应，这为研究人员提供了更具体的见解。

在研究之前测量细胞酸度水平的探针时，Diao和Sun创建了一个对pH水平变化不敏感的对照版本。完全是偶然，他们发现尽管这个版本的探针在结构上相似，但它的行为不同，定位在不同的细胞器上。

新探针首先对细胞的线粒体进行染色，线粒体充当为细胞提供能量的发电厂。但当细胞受损时，探针会自行移动并对含有细胞遗传物质的细胞核进行染色。

“最终线粒体上的信号将开始变暗，而细胞核上的信号将变得更强，因此通过测量线粒体和细胞核之间的颜色强度比，我们可以定量评估单个细胞的活力，”刁说。“这是一个非常新的概念。以前没有人这样做过。”

从长远来看，该团队希望该探针可用于更多地了解影响细胞是立即被治疗杀死还是产生耐药性且不受影响的生物差异。

“一定有什么不同，”刁说。“我们想要杀死坏细胞，让好细胞活得更久。我们希望在个体细胞水平上提供帮助。”

孙说，他们还将努力扩展所谓的探测器的光谱窗口，或者可用于激活探测器的最大波长。

“因为波长较长的光子具有更好的组织穿透力，我们将能够看得更深，”孙说。

成功合作

Sun和Diao是加州大学生物医学化学成像中心的联合主任，该中心的目标是通过开发新方法、探针和设备来突破成像的界限。

自联手以来，两人在发表研究成果和取得进展方面取得了丰硕成果。刁教授将他们的成功归功于他们的共同心态，即对研究可能带来的结果没有任何先入为主的观念。

“我认为最重要的是始终保持开放的心态，经常沟通，不要受到限制，”他说。“我们总是说数据就是数据。很多时候，最大的斗争将是一些预设想象力之间的斗争。”

研究团队始终牢记更大的目标，当他们看到切实进展的机会时，他们会不断调整期望和目标。

刁指出，他们最初开始合作的目的是立即开发双光子探测器，但他们没有合适的经验。他们没有漫无目的地埋头苦干，而是改变了方向，开发了细胞探针，并获得了制造双光子探针所需的知识。

孙说，合作的另一个关键方面是化学研究生陈睿，刁和孙共同指导他。

“芮一直是我们团队之间的桥梁，因此家杰充分了解我们实验室所取得的进展，”孙说。“我们两个团队之间互补的专业知识确实使我们成为一个协同工作的优秀团队。我对我们未来在生物成像方面取得的成就感到乐观。”