荧光生物传感器通常在亮态与暗态之间切换，暗态信噪比低，限制低浓度钙的定量测量。作者在工程化 mTurquoise 基钙传感器红移变体时，意外获得一种绿色发射传感器 G-Ca-FLITS。该传感器在钙结合态与游离态均保持高亮度，同时具有超过 1 ns 的钙依赖荧光寿命变化。在哺乳动物细胞中，其亮度与 GCaMP3 和 jGCaMP7c...
L-乳酸日益被认为是哺乳动物细胞间能量货币，但其经细胞外环境在细胞间释放与摄取的空间和时间动态仍不清楚。本文报道一种红色荧光细胞外L-乳酸遗传编码生物传感器R-eLACCO2.1。与既往绿色荧光传感器相比，R-eLACCO2.1在活体内对细胞外L-乳酸升高的敏感性和光谱正交性更优。该传感器在培养细胞、小鼠脑片和活体小鼠中均表现出良好...
阿尔茨海默病（AD）是一种进行性神经退行性疾病，早期检测对及时干预、延缓疾病进展并改善患者生活质量至关重要。仅依赖临床症状在早期诊断中常具挑战性，而检测淀粉样β蛋白（Aβ）和tau蛋白等生物标志物可提供客观诊断依据。本研究利用荧光寿命成像（FLIM）结合相量分析（FLIM-ϕ），探索Aβ肽对细胞膜性质的影响。结果表明，Aβ肽的存在可...
生物信号动态对理解生命过程至关重要，基于生物传感器的实时成像已革新其分析。荧光寿命成像显微镜（FLIM）相比荧光强度成像可测量与传感器浓度无关的绝对信号水平，从而支持跨动物、脑区和时间尺度的比较。然而，自荧光、背景光、光电倍增管暗电流和后脉冲等因素会削弱 FLIM 的优势。为此，作者提出 FLiSimBA，一个用于生物应用的灵活荧光...
葡萄糖代谢机制虽已阐明多年，但糖酵解中间代谢物的亚细胞分布、转运与功能仍存在未解问题，需要在活细胞和体内实现高时空分辨率的代谢监测。遗传编码荧光传感器可在活细胞和动物体内特异性、灵敏且时空分辨地监测代谢物，近年已开发数十种葡萄糖代谢物传感器。本文强调追踪糖酵解特定中间代谢物、测量糖酵解通量、监测其时空动态并定量代谢物丰度的重要性，随...
本文提出一种用于全面定量自噬起始的实验方案，基于 LC3B Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器的读出。该传感器在 proLC3B 的 N 端和 C 端分别融合供体荧光蛋白 Aquamarine 和受体荧光蛋白 tdLanYFP；当 ATG4B 无活性时，proLC3B 保持完整，供体与受体距离较近而发生 FRET；A...
神经元活动伴随钾离子（K+）从胞内向胞外净流出。尽管胞外 K+ 变化已被充分描述，但由于缺乏相应探针，胞内动态研究较少。本研究表征了基于 FRET 的基因编码 K+ 生物传感器 lc-LysM GEPII 1.0 在体外原代培养神经元和活体小鼠皮层神经元中测量胞内 [K+] 变化的能力。结果显示，lc-LysM GEPII 1.0 ...
本文研究环境敏感荧光染料在荧光寿命成像显微镜（FLIM）生物传感器中的应用。作者筛选了一系列 merocyanine 染料，寻找环境诱导荧光寿命变化、光稳定性和亮度在活细胞成像波长下的最佳组合。最终构建 mero87-CBD 生物传感器，将环境敏感染料通过半胱氨酸反应性连接基共价连接至选择性结合激活态 Cdc42 的亲和试剂（WAS...
聚集诱导发光（AIE）分子已成为生物成像中分子转子的有前景替代物，但将 AIE 概念从溶液转移到生命体系仍具挑战。由于细胞高度异质且区室化，需要不同策略控制拥挤细胞环境中的自组装。本文首次报道蒽-胍衍生物（AG）在乳腺癌细胞系中形成罕见且高发射 T 型二聚体的自组装机制，作为概念验证。该过程对局部极性、粘度和/或水含量高度敏感，有望...
过去十年，先进荧光显微成像技术为利用自荧光分子和谐波产生信号作为活体细胞与组织研究的分子生物标志物和生物传感器提供了新机会。无标记方法利用细胞内源性荧光分子，并借助其光谱特性回答生物学问题。二次谐波和三次谐波显微成像可用于识别组织中的纤维状或脂质沉积。将自荧光与荧光寿命成像显微（FLIM）、高光谱成像（HSI）以及基于 phasor...
类器官模型已被用于回答发育生物学、癌症生物学、组织修复、疾病与疗法高级建模等关键问题。这类三维微环境模型能够研究细胞代谢调控，并为细胞生长、分化、通讯、环境互作及死亡机制提供重要洞察。类器官具有可及性和基于三维空间与时间异质性的复杂性，因此适合应用新型动态成像显微方法，如荧光寿命成像显微术（FLIM）及相关衰减时间读出。已有多种生物...
AKT 异常激活见于多种癌症、代谢综合征和免疫疾病，是重要治疗靶点。为在活体环境中监测 AKT 活性的时空动态，作者构建了 Akt-FRET 生物传感器小鼠，结合活体成像、图像稳定与光学窗口技术，实现对 AKT 活性的纵向评估。该小鼠利用 Eevee-Akt-FRET 传感器，当细胞内 AKT 被激活时磷酸化传感器中的 AKT 共识...
突触核蛋白病是一组以病理性α-突触核蛋白（α-Syn）进行性积累为特征的神经退行性疾病。α-Syn淀粉样聚集体存在结构多态性，可能决定不同疾病表型与进展，但机制不清。本研究采用荧光寿命成像显微镜（FLIM）及其phasor无拟合分析方法，在表达α-SynA53T-YFP报告蛋白的生物传感器细胞系中监测体外制备α-Syn纤维多态体的种...
半胱氨酸残基的 S-亚硝基化是多种蛋白质动态翻译后调控和氧化还原调节的重要机制。许多荧光蛋白（FP）含有半胱氨酸，GFP 衍生荧光蛋白中两个高度保守的 Cys 残基为发色团自催化形成提供有利微环境。尽管荧光蛋白 25 年来一直是细胞生物学工具，但一氧化氮（NO）对其荧光性质的影响此前未被研究。本文考察蓝色发射荧光蛋白 mTagBFP...
亚细胞pH变化在代谢、膜运输及治疗载体释放中起关键作用。现有pH测量多依赖pH敏感荧光团的强度变化，但强度法受传感器浓度、信噪比下降和需要参考荧光团等限制，推断pH不确定度高。本文提出将pH依赖荧光寿命成像显微镜（pHLIM）与深度学习结合，用于在单个囊泡水平准确定量活细胞亚细胞pH。作者将pH敏感荧光蛋白mApple分别融合至细胞...
淀粉样蛋白β（Aβ）肽在神经元内产生，部分释放至脑实质，部分保留在胞内。由于抗Aβ抗体同时捕获Aβ及其前体蛋白APP和C99，胞内Aβ检测仍具挑战。作者此前开发了C99 720-670 FRET生物传感器用于记录γ-分泌酶活性，并建立了多重免疫染色平台，可在亚细胞分辨率下选择性检测胞内Aβ。利用这些方法，作者发现C99主要在晚期内体...
基因编码荧光生物传感器是追踪完整生物系统内化学过程的重要工具，但候选传感器的开发与优化仍受限于筛选方法的技术瓶颈。本文提出一种结合液滴微流控与自动荧光成像的高通量多参数筛选平台，可将筛选通量提高约一个数量级，并能够同时评估对比度、亲和力和特异性等多个性能指标，而非仅筛选单一特征。作者利用凝胶壳珠作为微透析室，在单个微囊中表达并检测数...
过去十年，免疫治疗为多种癌症带来新疗法，但肺癌仍是癌症死亡首位原因。携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者因毒性问题难以从免疫检查点抑制剂中获益，主要依赖姑息化疗和第三代酪氨酸激酶抑制剂奥希替尼。奥希替尼较第二代TKI延长生存期约9个月，但肿瘤仍会因耐药机制和缺乏抗肿瘤免疫应答而复发。本研究探索奥希替尼联合抗HER3单克隆抗体治疗，发现...
自标记蛋白标签（如 HaloTag）可将融合蛋白与合成荧光素共价结合，用于荧光显微镜成像。本文报道了 HaloTag7 的工程化变体，使其在与罗丹明类荧光素结合后表现出比 HaloTag7 更高或更低的亮度和荧光寿命。作者通过定点饱和突变筛选 HaloTag 结合位点，获得更亮的 HaloTag9 以及更暗的 HaloTag10 和...
目前最成功的基因编码钙指示剂（GECI）多采用荧光强度或比率读出。尽管钙依赖的荧光强度变化较大，但强度易受光漂白、样品移动和探针局部浓度变化影响，且 GECI 对生理 pH 变化敏感，因此难以准确定量细胞内钙浓度。本文报道一种基于荧光寿命的传感策略：钙结合诱导的构象变化直接改变循环置换绿松石荧光蛋白（cpTq2）的荧光量子产率和荧光...