科学家发展新型“靶控自闪烁”荧光探针

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员徐兆超、副研究员乔庆龙团队发展了一种“靶控自闪烁”荧光探针，这类探针只有在识别靶标后才会激活自闪烁荧光开关性能，并且排除了非靶向单分子定位的干扰，提升了单分子超分辨成像的定位准确性，实现了活细胞内免洗动态单分子超分辨成像。相关成果发表在《德国应用化学》和《中国化学快报》上。

“靶控自闪烁”荧光探针示意图。大连化物所供图

单分子定位显微镜（SMLM）作为重要超分辨成像技术之一，其突破纳米成像极限的核心在于荧光开关分子在荧光“亮”态和“暗”态之间转换的能力，以保证单个分子的荧光信号在不同时间点被区分，并进行精确定位。传统的发光调控策略虽然能获取稀疏的荧光闪烁信号，却因生物兼容性问题难以在活细胞内实现原位、动态的超分辨成像，同时，由于缺乏准确的靶点识别能力，SMLM成像技术受到单分子定位时的错误信号干扰。

团队在前期工作中设计了特定开环比例的罗丹明开关分子，以此高效地开发出了多颜色自闪烁荧光探针，并将其用于活细胞内的动态单分子定位超分辨成像。尽管自闪烁荧光探针在超分辨成像中展现出重要应用潜力，但其仍面临着成像背景高等挑战。

本工作中，团队发展的“靶控自闪烁”荧光探针，可在与靶标结合前保持“沉默”状态，即不产生闪烁，而一旦与靶标结合，其自闪烁性能立即被激活，从而实现精确的单分子定位，有效避免了非特异性标记产生的闪烁背景。为了量化这一特性，团队引入了新的参数“RDC”，定义为自闪烁激活前后的占空比比值，其中占空比为荧光探针在一定时间内的荧光“亮”态占比。当RDC值大于1时，表明荧光探针在识别靶标后发生了自闪烁激活现象。利用这一探针，团队实现了细胞内动态的SMLM成像，包括线粒体和接触、细胞迁移和伪足生长等过程。此外，团队利用该探针能够精确追踪活细胞中的各种伪足结构，如丝状伪足、片状伪足和隧道纳米管，并揭示了丝状伪足和片状伪足之间的两种不同融合模式，以及纳米管的形成及其与丝状伪足的相互作用。

该成果证明了“靶控自闪烁”荧光探针在纳米尺度上可视化实时伪足动态的实用性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202417469、

https://doi.org/10.1016/j.cclet.2024.110643