激酶转位报告基因（KTRs）是单细胞测量时间积分激酶活性的有力工具，但动态范围受限、灵敏度有限，尤其在神经元中。为克服这些局限，我们通过（i）增大 KTR 尺寸，减少 KTR 通过核孔扩散的干扰；（ii）调节其激酶传感器结构域中双组分核定位信号（bNLS）强度，确保 KTR 在核与胞质间的相对分布由主动核输入、主动核输出及其对应激酶...
光纤光度法能够消除深部脑刺激（DBS）记录中的电刺激伪迹，为神经活动研究提供新手段。然而，DBS 诱发的神经元钙离子（Ca2+）变化与电生理信号之间的关系仍不清楚。本研究展示了一种自组装光电极，使其既能作为 DBS 刺激器，又能作为光学生物传感器，同步记录 Ca2+ 荧光和电生理信号。体内实验前，估计激活组织体积（VTA），并用蒙特...
近红外（NIR）基因编码钙指示剂（GECI）正成为神经科学研究中的有力工具。由于其光谱特性，NIR GECI 可避免哺乳动物组织中色素吸收、光散射和自荧光造成的信号损失，并且在与常用荧光指示剂及光遗传学执行器联用时不易产生交叉激发伪影。尽管已有多种 NIR GECI，但目前尚无一种能同时具备细胞内高亮度、良好光稳定性、小分子尺寸和快...
体内心脏功能模型可保留心肌细胞与其他心脏细胞之间的复杂关系，以及旁分泌和机械电反馈机制。本研究旨在在斑马鱼幼鱼跳动的心脏中同时成像钙瞬变与心脏收缩。作者构建了表达 FRET 基比率型生物传感器 Twitch-4 的转基因斑马鱼品系 Tg(myl7:Twitch-4)。由于发射比率可抵消运动伪影，实验未使用肌球蛋白抑制剂或 tnnt2...
果蝇复眼被广泛用于研究分化时空调控、视觉信号转导、蛋白运输和神经退行性变等生物学过程。自荧光蛋白（FPs）出现以来，异源表达的FP融合蛋白不仅用于蛋白亚细胞定位，也被用于遗传筛选和光感受器功能分析。本文综述了FPs在果蝇眼中的应用，包括作为遗传筛选工具、研究视紫红质表达模式、亚细胞蛋白定位、膜蛋白运输，以及作为钙离子（Ca2+）和磷...
钙响应磁共振成像（MRI）造影剂为无创监测任意深度神经活动提供了有前景的途径。现有基于 MRI 的钙探针多为合成分子或纳米颗粒，难以以遗传编码形式用于钙信号研究。本文报道一种完全基于天然钙结合蛋白 calprotectin 的新型 MRI 钙传感器。钙离子结合后，calprotectin 通过其富含组氨酸的位点螯合并隔离锰离子（Mn...
香草是世界上最常用的食品香料之一，香草醛（vanillin）是加工香草中的主要成分，通常赋予食品甜香，但也可在较高浓度下产生苦味。此前香草醛苦味的分子机制尚不清楚。本研究在体外检测缓冲液中配制香草醛，并对全部 25 个已知人类苦味受体 TAS2R 进行功能检测。结果显示，香草醛以浓度依赖方式激活 TAS2R14、TAS2R20 和 ...
FRET 可在原位探测分子结合，但多个 FRET 对同时测量常受供体与受体荧光团光谱带宽限制。本文提出利用供体荧光团的光致变色区分光谱重叠的 FRET 对，即使相关荧光团的吸收和发射光谱几乎相同。作者建立了该方法的理论框架，并通过数值模拟验证其可行性。为应用该系统，作者开发了用于 cAMP 依赖性蛋白激酶 A（PKA）的光致变色生物...
荧光探针或生物传感器可将与特定目标物结合或反应转化为荧光信号变化。基因编码荧光传感器（GExI）因可通过启动子、条件表达系统、蛋白重组或定位序列靶向特定细胞或亚细胞区室而受到重视。当代 GExI 常以单个荧光蛋白（如 GFP 或 RFP）为核心，较 FRET 探针更小，便于与光遗传或光化学工具进行多通道、低串扰组合。本专题汇集综述与...
基于绿色荧光蛋白（GFP）的基因编码钙离子指示剂（GECI）是成像细胞信号与神经活动的有力工具。经过近二十年持续优化，基于水母绿色荧光蛋白（avGFP）的GCaMP系列最新一代（GCaMP7）可能已接近GFP固有性能极限。为继续提升GECI性能，作者以高亮单体绿色荧光蛋白mNeonGreen（mNG）为骨架，通过理性设计、连接肽优化...
解析神经元结构与功能同行为之间的关系是巨大挑战。研究者需要在原位观察神经元活动和生化信号，以理解神经元与生化活动在信息处理中的作用。近年来，神经科学领域迫切需要新技术，遗传编码荧光生物传感器大量涌现。本文综述荧光生物传感器的主要类别与特性，重点介绍两类基于荧光蛋白的传感器：环状置换荧光蛋白（cpFP）骨架传感器和FRET报告分子。c...
本研究将稳定转染大鼠P2X2受体亚基的人胚胎肾293细胞（HEK293-P2X2）与200 nM孕酮（PROG）预孵育，构建HEK293-P2X2-PROG嗅探细胞/生物传感器。PROG是同源P2X2受体的强效正变构调节剂，可显著提高细胞对低纳摩尔胞外ATP的检测能力。将负载Fura-2的HEK293-P2X2-PROG细胞急性铺于...
荧光生物光度测量需要宽动态范围和高灵敏度，因为微小荧光变化常淹没在噪声与组织高背景自荧光中，亟需兼具高线性、高灵敏和高能效的小型探测器。本文提出一种新型生物光度传感器，将低噪声传感前端与二阶连续时间ΣΔ调制器（CTSDM）合并为单一模块，以实现高灵敏、高能效的光传感。具体而言，差分CMOS光电探测器与基于差分电容跨阻放大器（DCTI...
脑内细胞外腺苷调节多种生理和病理过程，其动态变化复杂，反映昼夜节律、神经活动、代谢和疾病状态。由于缺乏简单可靠地测量组织腺苷时间依赖分布的方法，其动态机制尚未完全理解。本研究开发了一种名为腺苷传感器细胞的生物传感器，该细胞表达腺苷A1受体和基因改造G蛋白Gqi5，通过检测腺苷引起的细胞内钙升高来表征脑组织细胞外腺苷升高。将腺苷传感器...
本研究旨在建立一种实时检测组胺释放的方法，并检验醛固酮孵育是否能诱导离体灌注小鼠肠系膜动脉释放组胺。作者以负载 Fura-2 钙指示剂、稳定转染小鼠组胺 H1 受体的 HEK-293 细胞（HEK-H1）作为生物传感器，通过荧光成像监测细胞内 Ca2+ 瞬变峰值，从而间接反映组胺对 H1 受体的激活。结果显示，该生物传感器对生理相关...
代谢组学已成为研究生物过程的重要工具，但仅获得代谢物谱而缺乏相应生物活性信息，对理解生物学过程的价值有限。本研究旨在将液相色谱-质谱（LC–MS）代谢组学与基于细胞的受体-配体检测相结合，以发展功能代谢组学方法。作者开发了一种流动式生物传感器，利用稳定表达人瞬时受体电位香草素亚型1（TRPV1）钙离子通道和荧光胞内钙报告蛋白 YC3...
当前神经疾病治疗主要依赖传统药物和电刺激。本文报道一种有机电子仿生神经元（OEBN），可利用内源性物质精确干预异常神经信号通路。该装置通过连接酶基安培生物传感器与有机电子离子泵（OEIP），实现神经元典型的化学—电—化学信号转导。选择性生物传感器将谷氨酸或乙酰胆碱等化学信号转换为电流，并据此调节电渗方式释放化学物质，无需液体流动。生...
阐明鸡的味觉机制可为鸡饲料的创制与改良提供依据，因为口腔组织中味觉受体的特性会影响动物采食行为。本研究聚焦鸡对苦味的敏感性。作者从鸡腭组织克隆苦味受体 T2R1，构建多种表达鸡 T2R1（cT2R1）的生物传感器细胞，并筛选出其中对苦味配体响应最灵敏的 cT2R1 生物传感器。采用钙离子成像方法，鉴定出两种 cT2R1 激动剂：右美...
瘦素是由脂肪组织释放的肽类激素，主要作用于下丘脑控制食欲，也可降低对甜味物质的味觉反应，但其在味觉转导级联中的作用部位尚不清楚。本研究检测瘦素对孤立小鼠味蕾甜味诱发反应和神经递质释放的影响。结果表明，瘦素使孤立小鼠味蕾中甜味诱发的钙动员中度降低。作者进一步利用表达5-HT2c和P2X2/X3受体以及内源P2Y受体的中国仓鼠卵巢（CH...
为高效编码，感觉系统需适应其所接触信号的分布。在视觉中，地平线以上与以下的自然场景在彩色与无彩色特征分布上不同。因此，许多物种通过视网膜上短波（S，‘蓝’）和中波（M，‘绿’）敏感光感受器类型的不对称排列，对天空与地面光进行差异化采样。本文表明，在小鼠中，这种光感受器排列可实现对自然无彩色对比的近最优采样。利用表达钙生物传感器的锥体...