新型的紅細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)成像和動態(tài)診斷系統(tǒng)

近期，國科溫州研究院羅春雄教授團隊與合作者在紅細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)和動態(tài)分析方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Integrating a Far-Red Fluorescent Probe with a Microfluidic Platform for Super-Resolution Imaging of Live Erythrocyte Membrane Dynamics為題，發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。

人源紅細(xì)胞膜的微觀特征反映了人體的健康水平，往往是各類疾病表型的先兆。然而，傳統(tǒng)分析方法難以獲取紅細(xì)胞分子尺度的超微結(jié)構(gòu)和動態(tài)特征，原因包括紅細(xì)胞內(nèi)大濃度血紅蛋白會在高功率可見激光照射下產(chǎn)生極強的背景噪音，干擾成像；紅細(xì)胞表面光滑，難以在成像過程中維持活細(xì)胞穩(wěn)定等，提出了挑戰(zhàn)。

為此，羅春雄教授帶領(lǐng)微流技術(shù)研發(fā)團隊與大連理工大學(xué)彭孝軍院士、肖義教授團隊合作開發(fā)了新型的紅細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)成像和動態(tài)診斷系統(tǒng)。作者利用紅外發(fā)光氟硼吡咯熒光染料，該染料的單分子發(fā)光同時兼?zhèn)淞涟档拈W爍變化和亮態(tài)長時間發(fā)光特征，滿足單分子定位超分辨成像和單分子追蹤的嚴(yán)苛要求；同時，創(chuàng)建了可無創(chuàng)捕獲活紅細(xì)胞的高通量微流控芯片，在全內(nèi)反射光場可以實現(xiàn)紅細(xì)胞膜表面熒光分子信號的激發(fā)，避免了背景干擾；另外，該芯片可以實時調(diào)控細(xì)胞的微環(huán)境，模擬疾病生理狀態(tài)。通過這兩種技術(shù)的融合，工作在多種維度上實現(xiàn)了對紅細(xì)胞膜的超分辨成像和膜表面動力學(xué)追蹤分析。三維超分辨成像展示了活紅細(xì)胞的凹結(jié)構(gòu)特征，而單分子追蹤動力學(xué)分析結(jié)果揭示了細(xì)胞膜表面的時空異質(zhì)性。最后，通過微流構(gòu)建體外紅細(xì)胞病理環(huán)境，測定了在滲透壓改變及膜無序狀態(tài)下，活紅細(xì)胞的超微細(xì)節(jié)特征，基于膜表面的擴散特征及染料的聚集特征變化，區(qū)分人體紅細(xì)胞的異常狀態(tài)，展現(xiàn)了該平臺系統(tǒng)作為未來分子診斷手段的潛力。

該論文為國科溫州研究院、大連理工大學(xué)精細(xì)化工重點實驗室與北京大學(xué)定量生物學(xué)中心的合作工作。論文的共同第一作者為大連理工大學(xué)葉智偉博士后和國科溫州研究院崗位研究員楊薇，通訊作者為國科溫州研究院崗位研究員楊薇、國科溫州研究院/北京大學(xué)定量生物學(xué)中心/物理學(xué)院羅春雄教授、大連理工大學(xué)彭孝軍院士和肖義教授。該論文獲得國家重點研發(fā)計劃（2021YFF1200500）、國家自然科學(xué)基金（21804016, 22004011, 22174009，11974002）、國科溫州研究院啟動項目（WIUCASQD2021013, WIUCASQD2021038）的支持。

論文信息：doi.org/10.1002/anie.202211540

審核編輯 ：李倩