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近日，中國科學院大連化學物理研究所副研究員喬慶龍和研究員徐兆超團隊發(fā)展了組裝介導的細胞膜緩沖熒光探針，實現(xiàn)了對細胞質(zhì)膜的長時間穩(wěn)定標記和超分辨動態(tài)熒光成像，觀察到了質(zhì)膜絲狀偽足的動態(tài)運動和細胞外囊泡的分泌過程，發(fā)現(xiàn)了兩種細胞外囊泡的融合模式，為細胞質(zhì)膜的超分辨動態(tài)成像提供了工具。相關(guān)成果發(fā)表在ACS Sensors上。

細胞質(zhì)膜是將細胞與細胞外環(huán)境區(qū)分開的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，在調(diào)節(jié)物質(zhì)進出細胞的過程中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)膜高度柔性的結(jié)構(gòu)賦予其高度的動態(tài)性，能夠動態(tài)組裝為各種納米級子結(jié)構(gòu)，如絲狀偽足、細胞外囊泡等。這些子結(jié)構(gòu)在維持細胞完整性、促進信號傳導和通訊等方面起著重要作用。盡管科研工作者對這些納米級子結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究逐步深入，但是高度的動態(tài)性及納米級的尺寸使得原位實時可視化這些質(zhì)膜子結(jié)構(gòu)的動態(tài)行為非常困難，不同功能子結(jié)構(gòu)的形成和融合的具體機制及其異質(zhì)性仍然不清晰。

超分辨熒光成像能夠在納米尺度下原位解析細胞結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為研究質(zhì)膜納米結(jié)構(gòu)和功能的有力工具。然而，由于細胞質(zhì)膜探針光穩(wěn)定性不足的限制和細胞內(nèi)化染色的問題，質(zhì)膜動力學的超分辨熒光成像仍然具有挑戰(zhàn)性。

本工作中，團隊將不同長度的烷基鏈基團引入到帶負電荷的熒光素中，開發(fā)了細胞不可滲透的質(zhì)膜“緩沖熒光探針”BMP-14和BMP-16。BMP探針能夠形成熒光“暗態(tài)”的納米聚集體，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對質(zhì)膜的特異性“光生”響應(yīng)。不用長度烷基鏈可以調(diào)控探針聚集體與單體之間的解離平衡，以形成穩(wěn)定的緩沖池。當質(zhì)膜上的探針發(fā)生光漂白，則可以快速招募來自緩沖池的探針，從而保持質(zhì)膜熒光的穩(wěn)定性，實現(xiàn)對質(zhì)膜的長時程超分辨成像。

團隊利用細胞質(zhì)膜緩沖探針在納米尺度下監(jiān)測了質(zhì)膜的多種動態(tài)行為，包括絲狀偽足的生長和細胞外囊泡的分泌，監(jiān)測到細胞外囊泡從絲狀偽足的成熟與脫落過程，持續(xù)近11分鐘。同時，團隊也監(jiān)測到囊泡在細胞膜上的緩慢萌芽過程，該過程可以達到22分鐘以上。

此外，團隊還發(fā)現(xiàn)了鄰近脂質(zhì)融合與絲狀脂質(zhì)牽引融合的兩種不同囊泡融合模式。BMP-16優(yōu)異的緩沖能力以及對質(zhì)膜高的信噪比，可以通過與質(zhì)膜實現(xiàn)動態(tài)的結(jié)合，產(chǎn)生閃爍特性，實現(xiàn)了對質(zhì)膜的單分子定位成像，定位精度達到36nm。