荧光染料的进展更好地可视化活细胞中的脂质膜顺序

东京工业大学和九州大学的科学家报告说，一种新的溶剂化显色探针可以帮助阐明脂膜流动性与各种细胞功能之间的关系。由于采用创新设计，所提出的探针具有卓越的稳定性、低性和出色的荧光特性，使得可以在细胞分裂等复杂过程中实时观察脂质膜顺序的变化。

东京工业大学和九州大学的科学家报告说，一种新的溶剂化显色探针可以帮助阐明脂膜流动性与各种细胞功能之间的关系。由于采用创新设计，所提出的探针具有卓越的稳定性、低性和出色的荧光特性，使得可以在细胞分裂等复杂过程中实时观察脂质膜顺序的变化。

脂质膜不仅仅是将细胞和细胞器与其周围环境分开的简单屏障。它们还在细胞运动、物质交换、废物管理和传感等多种细胞功能中发挥着关键作用。一般来说，脂质膜在蛋白质和其他分子的帮助下完成这些壮举，这些分子错综复杂地整合到膜结构中，通常会改变其流动性或秩序。因此，脂膜秩序的研究是细胞生物学的一个重要子领域，尤其是因为许多疾病可以引起或由脂膜秩序异常引起。

为了可视化脂质膜的流动性，科学家通常使用称为溶剂化显色探针或染料的荧光物质。术语“溶剂致变色”是指分子发射的光根据周围环境的极性而改变颜色。因此，当引入脂质膜时，这些染料发出的颜色取决于脂质膜的顺序，而脂质膜的顺序与极性密切相关。然而，传统的溶剂变色染料面临着一些挑战，包括稳定性低、荧光发射低、细胞性以及依赖紫外光作为激发源。

在《Advanced Science》(DOI：10.1002/advs.202309721)最近发表的一项研究中，来自东京工业大学和日本九州大学的研究小组试图克服所有这些障碍。该研究小组由东京工业大学的 Gen-ichi Konishi 副教授和九州大学的 Junichi Ikenouchi 教授领导，开发了一种新型溶剂化显色染料，可以彻底改变实时脂质顺序成像。

为了开发新的探针，研究小组首先研究并比较了几种不同染料的光物理特性。经过一番试验和错误后，他们确定了一种满足他们所有期望的特定分子设计。探针的最终版本 2-N,N-二乙氨基-7-(4-甲氧基羰基苯基)-9,9-二甲基芴 (FπCM) 包含由通过以下方式连接在一起的电子供体部分和电子受体部分组成的平面结构： π桥。这种结构促进了分子内电荷转移，这对于定义分子的溶剂化变色和荧光特性至关重要。

研究人员通过一系列全面的实验评估了所提出的染料的性能。FπCM 不仅在溶剂和人工脂质膜中而且在活细胞的生理条件下都表现出卓越的荧光特性和显着的化学稳定性。正如 Konishi 博士所说，所提出的染料最吸引人的方面之一是它的长期光稳定性：“在我们的实验中，FπCM 可以持续大约 5 小时，而 Prodan 和 Laurdan 这两种成熟的溶剂化显色染料将大约30分钟内完全淬火。我们使用相对较强的共焦激光这一事实表明，FπCM 也能抵抗来自各种设备的强光。”

值得注意的是，该团队可以在细胞分裂的整个过程中成功观察到脂质膜的流动性，这意味着 FπCM 与其他最先进的溶剂化变色染料不同，是无的。此外，所提出的探针可以很容易地进行修饰以产生针对特定脂膜的FπCM衍生物，例如在线粒体和内质网等细胞器中发现的那些。

“我们相信，研究响应刺激的膜蛋白激活与时空膜流动性转变之间的相关性将有助于揭示不同膜功能的机制，”小西博士总结道。“由于 FπCM 和细胞器特异性衍生物的实时成像可以很容易地用传统的共聚焦显微镜进行，膜顺序可以成为细胞生物学家可广泛访问的标准信息源。”

运气好的话，FπCM 的卓越特性将帮助生物学家解开细胞内部运作背后的秘密。

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