细胞间化学通讯依赖信号分子在空间和时间上的浓度变化。一氧化氮（NO）是参与多种生理与病理过程的气体信号分子，但现有NO检测方法缺乏研究亚细胞NO外排所需的时空分辨率。本研究提出一种基于单壁碳纳米管（SWNT）的光学传感平台，利用SWNT作为光学换能器，对细胞外NO进行空间和时间检测。该平台可量化人源THP-1和小鼠RAW 264.7...
衣康酸是天然免疫反应中促进抗炎程序的新发现内源代谢物，但由于现有衣康酸监测技术的局限，其效应机制仍不清楚。本文开发并验证了一种基因编码荧光衣康酸生物传感器 BioITA，用于直接监测活巨噬细胞亚细胞区室中衣康酸动态。利用 BioITA，我们在调节衣康酸转运和代谢的背景下，监测了脂多糖（LPS）刺激下衣康酸动态。此外，我们证明 STI...
癌症干细胞（CSCs）在转移中发挥重要作用，但其动态行为与诱导机制尚不清楚。本研究采用高分辨率活体成像并结合癌症干细胞生物传感器（SORE6>GFP），在活体小鼠乳腺肿瘤中直接观察 CSCs。结果显示，CSCs 呈现慢迁移、侵袭足丰富的表型，这是转移性肿瘤细胞的典型特征；CSCs 在巨噬细胞附近富集，尤其富集于含巨噬细胞的肿瘤转移微...
巨胞饮是巨噬细胞中普遍且必需的途径，参与抗菌反应和固有免疫功能。细胞表面皱褶可形成吞噬体和巨胞饮体，作为多功能区室参与环境采样、病原体进入、质膜更新和受体信号。快速高分辨率晶格光片成像显示巨噬细胞皱褶具有高度动态性。病原体介导的表面和内体 Toll 样受体（TLR）激活可上调巨胞饮。本文利用多种成像和显微技术，追踪活巨噬细胞中膜结合...
尽管 EGFR 靶向抗癌药物已广泛进入临床，但总体生存获益有限，肿瘤内异质性被认为是治疗失败的重要机制。本研究应用荧光寿命显微镜（FLIM）生物传感技术，在活体肿瘤中检测 EGFR 活性异质性。作者使用遗传编码的 CrkII 基 FRET 生物传感器 Picchu-X，其 Y221 位点被 EGFR 磷酸化后发生构象变化，改变 eG...
磷脂酸（PA）是生物体内最简单的磷脂，虽仅占细胞总脂质的少量部分，但作为磷脂前体、脂质第二信使和膜曲率调节分子，被认为参与多种细胞功能。然而，PA 在细胞及亚细胞区室中的动态仍不清楚。近年来，将绿色荧光蛋白（GFP）与 PA 结合域（PABD）融合形成的荧光探针，为观察不同细胞区室中 PA 的动态提供了直接证据。本文在体外系统表征了...
尽管造血细胞特异性 Rac2 与经典亚型 Rac1 具有 92% 同源性，二者在免疫细胞中已被证明发挥非冗余功能。为研究活细胞中 Rac 的亚型特异性动态，作者开发了一种全基因编码、单链 FRET 型 Rac2 生物传感器，并对现有单链 Rac1 生物传感器进行了显著改进。作者优化了传感器构建体，使其易于在造血细胞中表达，并在 RA...
Cdc42 是调控细胞极性、细胞骨架重排、迁移和膜转运等多种形态发生过程的关键小 GTP 酶，其激活动态需精确调控。为在活细胞中直接观察 Cdc42 激活，作者开发并验证了一种新的 Cdc42 激活生物传感器。该传感器为遗传编码、单链设计，可正确定位到膜区室，并能与其上游调控因子鸟嘌呤核苷酸解离抑制因子（GDI）相互作用。作者在小鼠...
环磷酸腺苷（cAMP）调控多种生物学过程与细胞功能，其胞内空间梯度日益受到重视。既往研究表明，巨噬细胞吞噬过程中会产生cAMP，且cAMP水平升高会抑制促炎介质生成、吞噬和杀菌等宿主防御功能，但吞噬性巨噬细胞中cAMP生成的空间与动力学特征尚不清楚。本研究采用基于Förster共振能量转移（FRET）的cAMP生物传感器，在活巨噬细...
在吞噬作用中，活化膜的磷脂酰肌醇含量及其相关表面电荷急剧下降，从而吸引多阳离子蛋白。质膜胞质侧富含磷脂酰丝氨酸（PS），但缺乏合适探针使该磷脂在吞噬过程中的命运难以研究。本研究使用近期开发的荧光生物传感器监测吞噬体形成与成熟过程中 PS 的分布和动态。与多磷酸肌醇不同，PS 在吞噬体封闭后仍持续存在于吞噬体膜上，即使其他质膜成分已被...
传感元件与小群体细胞的整合是细胞培养与分析微型化的关键步骤。本文报道了一种用于局部检测受刺激巨噬细胞分泌过氧化氢（H2O2）的光学酶基生物传感器。通过光刻图案化含辣根过氧化物酶（HRP）的聚乙二醇（PEG）水凝胶微结构，在玻璃表面构建传感结构。包埋酶的水凝胶微图案不支持蛋白或细胞沉积，并能引导巨噬细胞附着于传感元件旁。Amplex ...