辛辛那提大学的合作研究开发了一种新的探针，可以更好地研究细胞，这已经导致了关于某些细胞过程的新知识。
加州大学的JiajieDiao博士和YujieSun博士是发表在ACSSensors上的新研究的主要作者。
该团队的研究重点是细胞器，或在细胞内执行各种工作的特殊结构，称为内溶酶体。溶酶体是细胞器，充当细胞的“回收中心”，为不同的目的重复使用损坏或故障的构建块，而内溶酶体是溶酶体的一个子集，开始于称为内体的不同细胞器。
溶酶体是需要研究的重要细胞器，因为异常会导致所谓的溶酶体贮积病，从而导致细胞中有毒物质积聚。溶酶体功能异常也与神经退行性疾病和癌症有关。
“如果溶酶体不能正常工作，那么细胞就会积累大量废物，最终导致细胞死亡，”辛辛那提大学癌症中心成员、加州大学医学院癌症生物学系副教授Diao说。
在从核内体转变为溶酶体的过程中，这些细胞器将其pH值从中性环境变为酸性环境。如果环境不够酸，溶酶体就无法正常完成清除和回收废物的工作。
“我们正试图对这个过程进行成像，并试图追踪内溶酶体的整个变化过程，并试图弄清楚这些内溶酶体在何种状态和位置会变得异常，”Diao说。
新探头
Diao和Sun的团队去年发表了关于ECGreen探针的研究，当细胞环境变得更酸性时，该探针会变成更亮的绿色。虽然这是向前迈出的一步，但Diao表示ECGreen仍然存在局限性。
“很难衡量绝对值，因为我只能知道它变低了，”刁说。“强度变大了，但是多高才算高呢?这个数值是没法校准的。”
该团队开发的最新探针在中性环境中呈绿色，当细胞环境变得更酸性时会变为红色。
“所以我们有红色信号和绿色信号，通过计算比率，我们可以校准准确的pH值，”Diao说。“这对于测量内溶酶体内部的pH值更稳健、更精确，因此这是一个很大的优势。”
“我们的探针在感兴趣的不同阶段在内溶酶体中表现出出色的pH敏感荧光，”癌症中心成员、副教授和加州大学化学系研究生项目联合主任Sun补充道。
行动研究
当细胞的环境发生变化时，例如当细胞受损时，它需要增加溶酶体的数量以回收或清理细胞。但是细胞用于增加溶酶体数量的过程以前并不为人所知。
使用新探针，研究人员发现无论细胞处于何种环境，无论它是正常细胞还是异常细胞，它都会保持恒定的核内体比例，然后将其转化为溶酶体。
“通过在活细胞中应用小分子探针，我们能够揭示从早期内体到晚期内体/溶酶体的恒定转化率，”Sun说。“我们很高兴能够揭示这种恒定的转化率。”
Diao指出，该团队首次发现，从内体到溶酶体的这个过程是由一个复杂的蛋白质控制过程控制的。
“这个过程受到高度监管，你不能跳过任何步骤，即使是紧急情况，”刁说。
探头应用
除了已发表的研究中描述的用途外，Diao说新探针还有许多其他应用。
“我们可以知道内溶酶体的位置，我们可以知道数量，我们可以知道pH值的变化，我们可以知道内溶酶体的大小，”他说。“最终我们将获得有关细胞内溶酶体的所有参数。”
利用所有这些信息，该团队正在努力开发一种机器学习软件，该软件将能够分析细胞异常并快速诊断可能导致疾病的溶酶体问题。这种方法将比目前的基因和蛋白质测序更快、更具成本效益，并且在实践中只能让健康患者进行简单的血液测试，以了解他们是否具有某些溶酶体疾病的风险因素。
“你只需要做染色，10分钟后，你就拥有了所有的信息，”Diao说。“我们实际上正在尝试用这些探针开发一个系统，这样我们就可以进行快速诊断。”
研究人员还在研究影响从内体到溶酶体的转变过程以加速复杂过程的治疗方法，包括使用光来加速这一过程的研究。
“我们的研究结果表明，在设计和开发用于生物成像应用的小型荧光探针方面，这是一个非常有前途的方向，尤其是在与高分辨率显微镜相结合时，”Sun说。“我们将继续开发具有多种功能的新型荧光探针。”
UC的其他研究人员已开始使用该探测器，该团队正在努力为该技术申请专利并将其商业化。
“我认为这是一部真正经典的合作作品，”刁说。“孙博士和我们的团队一起工作，我们实际上使整个过程非常快速和高效。我们希望加速所有这些发现。”
“Diao博士和我自己的团队在专业知识上的互补确实使开展这些合作项目成为可能，”Sun补充道。“我们团队之间的协同互动是成功的关键。”