Optical sensing and control of T cell signaling pathways.
T细胞通过T细胞受体（TCR）介导的复杂信号通路调控适应性免疫应答。嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法将TCR功能结构域与特异性抗体结合，用于肿瘤免疫治疗。本文首先概述当前对T细胞信号通路的认识，以及Western blot、流式细胞术和免疫染色等传统方法；但这些方法多依赖细胞固定或裂解，难以在活细胞中解析具有时空分辨率的动态分子事件...
Investigating G-protein coupled receptor signalling with light-emitting biosensors.
G蛋白偶联受体（GPCR）是已上市药物最常见的靶点，在生理和病理过程中发挥核心作用。除经典 G 蛋白信号转导外，受体构象、β-arrestin 偏向性信号以及来自质膜以外细胞内位置的信号日益受到重视，下游信号还具有严格的时间和空间区室化特征。荧光与生物发光生物传感器在活细胞中解析 GPCR 信号事件方面发挥了关键作用。为理解现有 G...
Quantum Material-Based Self-Propelled Microrobots for the Optical "On-the-Fly" Monitoring of DNA.
量子点材料已被证明是生物传感和生物成像应用的优秀平台。本文合成了由石墨烯量子点（GQD）构成的自驱动微机器人（GQD-MRs），并将其作为非传统动态生物载体，用于DNA的光学“on-the-fly”监测。作为应用演示，GQD-MRs首先通过疏水π-堆积作用与DNA生物标志物（即荧光素酰胺标记的FAM-L探针）进行生物功能化，随后暴露...
Kinetic FRET Assay to Measure Binding-Induced Conformational Changes of Nucleic Acids.
小分子或蛋白质与 RNA/DNA 的相互作用常伴随核酸折叠和结构变化，对其生物物理表征有助于理解分子机制。本文提出 kinFRET（动力学 Förster 共振能量转移），一种实时整体 FRET 方法，用于测量结合与折叠动力学。kinFRET 基于 switchSENSE 生物传感技术，利用荧光标记的表面固定 DNA 连接链，在芯片...
Fluorescent biosensors illuminate the spatial regulation of cell signaling across scales.
随着细胞信号研究深入，信号转导并非简单线性级联，而是在膜、细胞器、分子组装和细胞/组织异质性等多个尺度上受到复杂时空调控。荧光生物传感器作为遗传编码、活细胞兼容的工具，可将生化输入转化为光学输出，用于实时监测活细胞内的信号事件。本文首先介绍空间信号调控的研究方法和荧光生物传感器设计原理，包括转位型传感器、单荧光蛋白开关型传感器以及基...
An antibody-based molecular switch for continuous small-molecule biosensing.
本文提出一种可推广的连续小分子生物传感器设计策略，将现有抗体改造为目标响应“抗体开关”，实现实时、免样品制备的光学检测。通过 DNA 支架将抗体与分子竞争物连接，目标抗原与竞争物发生竞争性结合，引起支架构象切换；在抗体表面引入供体荧光基团、在 DNA 支架近竞争物端引入受体荧光基团，利用 FRET 荧光比变化反映目标浓度变化。作者以...
Micropillar enhanced FRET-CRISPR biosensor for nucleic acid detection.
CRISPR技术因高灵敏度和特异性被广泛用于病原体检测。尽管高长径比微结构在增强生化反应方面具有潜力，但其在CRISPR检测中的应用较少。本研究开发了一种基于FRET的生物传感器，结合高长径比PDMS微柱阵列和Cas12a介导的反式切割活性，用于检测HPV 16 DNA片段。结果表明，密度更高的微柱具有更强的分子结合能力，可使检测灵...
Fluorescent Biosensor Imaging of Nitrate in
硝酸盐（NO3-）是植物和动物必需的氮源，但不同根细胞类型及细胞器中氮形态的分布仍不清楚。传统体外生化与代谢物分析难以区分细胞类型和区室。本文报道一种核定位、遗传编码的荧光生物传感器 nlsNitraMeter3.0，用于在拟南芥中定量可视化硝酸盐浓度与分布。该传感器基于 Förster 共振能量转移（FRET）原理，由硝酸盐结合蛋...
Development of Mn
金属离子在生物体和材料中广泛存在，过量摄入可危害健康并污染环境，因此需要高灵敏、高选择性的金属离子监测分子。DNA 可形成多种结构，并可用于传感器和材料。富含鸟嘌呤的序列可响应金属离子形成 G-四链体和 G-线，因此可用于金属离子检测。本研究利用基于 G-四链体设计的离子响应 DNA 适配体（IRDAptamer）文库筛选可诱发神经...
Quantum Dot-DNA FRET Conjugates for Direct Analysis of Methylphosphonic Acid in Complex Media.
由于神经毒剂毒性高且生物利用度大，从复杂基质中快速、低前处理检测其代谢物具有重要意义。本研究将量子点（QD）功能化寡核苷酸适配体，使其特异性靶向神经毒剂代谢物甲基膦酸（MePA）。所得 QD-DNA 生物偶联物再与淬灭分子共价连接，形成 Förster 共振能量转移（FRET）供体-受体对，从而定量检测 MePA 的存在。基于该 F...
High-sensitivity calcium biosensor on the mitochondrial surface reveals that IP3R channels participate in the reticular Ca2+ leak towards mitochondria.
基于荧光蛋白的遗传编码生物传感器被广泛用于监测钙离子（Ca2+）通量及其在细胞内信号通路中的作用。内质网与线粒体相连的区域称为线粒体相关膜（MAMs），对钙稳态和线粒体功能至关重要。然而，第一代定位于线粒体外膜（OMM）表面的 Ca2+ 生物传感器灵敏度不足，无法测量 μM 或亚 μM 级 Ca2+ 变化，因而难以检测内源通道的天然...
A functional group-guided approach to aptamers for small molecules.
适配体受体是生物传感器的重要识别元件，但小分子适配体的获得高度依赖靶标结构。作者分析了27个靶标–适配体对中单个功能团对结合与筛选结果的贡献，发现空间受阻功能团之间可出现负协同，从而降低适配体筛选成功率。针对亮氨酸和伏立康唑等此前多次筛选失败的重要小分子，作者提出功能团引导的定制筛选策略：通过比较类似物靶标的表观解离常数与置换自由能...
Development of an Efficient FRET-Based Ratiometric Uranium Biosensor.
环境中铀的扩散可能危害人类及其他生物健康，因此需要监测环境中生物可利用且具有毒性的铀组分，但目前缺乏高效测量方法。本研究旨在开发一种基因编码的FRET比率型铀生物传感器。该传感器通过在钙调蛋白（calmodulin, CaM）两端分别嫁接两个荧光蛋白构建；CaM可结合四个钙离子。作者通过修饰金属结合位点和荧光蛋白，生成并体外表征了多...
Rho MultiBinder, a fluorescent biosensor that reports the activity of multiple GTPases.
在同一个活细胞中同时成像两种或多种荧光生物传感器，可揭示蛋白质活性在时空上的协调关系。然而，同时使用多个 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器存在毒性较高且需要光谱正交荧光团等困难。本研究构建了一种可特异性结合三种不同蛋白激活构象的生物传感器组分，从而用更少荧光团实现多路复用 FRET 并降低毒性。作者通过组合下游效应...
Identifying constitutive and context-specific molecular-tension-sensitive protein recruitment within focal adhesions.
机械敏感过程常依赖黏附结构在受力后增强或成熟，但特定蛋白所承受分子张力如何调控其他蛋白招募仍不清楚。本文提出一种基于成像的荧光张力共定位（Fluorescence Tension Co-localization, FTC）方法，用于研究细胞内分子张力敏感蛋白招募。作者通过离散时间马尔可夫链模拟确定量化指标，将免疫荧光标记、FRET ...
On the inference of ERK signaling dynamics from protein biosensor measurements.
细胞外调节蛋白激酶（ERK）信号通路在细胞生长、增殖和分化中起关键作用。ERK 信号具有动态性，涉及磷酸化/去磷酸化、核质穿梭以及胞质和核内多种蛋白底物的相互作用。利用遗传编码 ERK 生物传感器进行活细胞荧光显微镜观察，有望在单细胞水平推断这些动力学。本研究在相同的细胞刺激条件下，监测了四种常用转位型和 Förster 共振能量转...
GPCR Signaling Measurement and Drug Profiling with an Automated Live-Cell Microscopy System.
时间序列荧光显微镜结合荧光生物传感器是量化单活细胞信号时空动态的有力工具，但实验通量低。为克服该限制，作者开发了基于 MATLAB 的 FALCOscope（Flexible Automated Liquid-handling Combined Microscope）平台，协调 OpenTrons 液体处理机器人和荧光显微镜，实现药...
Nanomaterials for optical biosensors in forensic analysis.
生物传感器是一种紧凑型分析装置，能够实时将生物相互作用事件转换为可测量信号，无需额外实验室设备或复杂样品前处理，即可实现灵敏、低成本分析。对于法医分析而言，生物传感器可支持大规模、高通量、高灵敏度筛查，用于检测具有较高证据价值的目标分子。纳米材料因可增强检测能力和信号效率而受到关注。尽管含纳米材料的生物传感器已在医学领域广泛报道，但...
Advancements in G protein-coupled receptor biosensors to study GPCR-G protein coupling.
酶促与细胞信号生物传感器用于解析复杂生物系统的活性。针对G蛋白偶联受体（GPCR）——人体中药物靶点最丰富的蛋白家族——的监测传感器种类繁多，在用途、形式和功能上差异显著，其应用不断拓展了人们对这一重要蛋白家族的理解。本文简要总结该领域中日益重要的一个子集：用于测量受体偶联与选择性的转导器生物传感器，重点介绍用于测量受体与异源三聚体...