胰島α細胞和β細胞功能失調(diào)導(dǎo)致的糖尿病患者，無法維持正常的血糖水平。為了解其中的規(guī)律，我們使用了多光子相量-FLIM對NADH自發(fā)熒光成像來檢測葡萄糖刺激前后胰島活細胞的代謝變化。多光子相量FLIM NADH自發(fā)熒光成像為監(jiān)測活體中的代謝狀態(tài)提供了一種直接的檢測和分析方法。與此同時，它還為在延時狀態(tài)下分別監(jiān)測α細胞和β細胞提供了高空間分辨率。我們觀察到，對健康胰島實施葡萄糖刺激后，β細胞中氧化磷酸化水平上升，α細胞中氧化磷酸化水平受到抑 制，這在患有II型糖尿病的胰島中未觀察到。這證明，相量FLIM可以作為監(jiān)測細胞代謝和糖尿病研究中的藥物發(fā)現(xiàn)。 

圖像：小鼠胰島的代謝成像

1953年，科學(xué)家詹姆斯-沃森和弗朗西斯-克里克發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，遺傳學(xué)的研究進入到分子層次，人們可以更深層的了解遺傳信息的構(gòu)成和傳遞途徑（圖1A）。近年，科學(xué)家在人類癌癥細胞中發(fā)現(xiàn)一種四重螺旋體DNA分子——G-四鏈體(G-quadruplex)。它是由富含串聯(lián)重復(fù)鳥嘌呤(G)的DNA或RNA折疊形成的高級結(jié)構(gòu)。G-四分體(G-quartet)是四鏈體的結(jié)構(gòu)單元，由Hoogsteen氫鍵連接4個G形成環(huán)狀平面，兩層或以上的四分體通過π-π堆積形成四鏈體（圖1B）。

有研究表明，G-四鏈體更多的出現(xiàn)在癌細胞等快速分裂的細胞中，與癌基因的啟動子區(qū)域和DNA鏈的端粒區(qū)域相互作用。因此，G-四鏈體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制過程有著緊密聯(lián)系，對于細胞分裂和增殖非常關(guān)鍵[1]。那么，通過靶向調(diào)控G-四鏈體結(jié)構(gòu)將有望成為選擇性YZ癌細胞增殖的新途徑，G-四鏈體也成為了癌癥ZL藥物的重要靶標。

圖1.A：James Dewey Waston（左）& Francis Harry Compton Crick（右）

B：G4-DNA的3D結(jié)構(gòu)

鑒于G4-DNA參與到很多生物過程當(dāng)中，開發(fā)用于檢測和可視化細胞中 G4-DNA 結(jié)構(gòu)的工具也尤為重要。倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種能夠在活細胞中檢測G4-DNA的熒光探針——DAOTA-M2，為人們揭開了這種結(jié)構(gòu)的神秘面紗 [2]。

這種探針具備良好的活細胞滲透性和低細胞毒性，在與G4-DNA結(jié)合時會發(fā)出熒光，可以用來觀察G4-DNA是如何與活細胞內(nèi)的其他分子相互作用的。并且當(dāng)DAOTA-M2與不同的核酸拓撲結(jié)構(gòu)結(jié)合時，將顯示出不同的熒光壽命信息，進而可以區(qū)別雙螺旋DNA和G4 DNA（圖2），因為與四鏈體結(jié)合時熒光壽命更長（圖3）。

圖2. 熒光壽命置換測定的示意圖：競爭對手結(jié)合后，DAOTA-M2 從 G4-DNA 轉(zhuǎn)移到 dsDNA環(huán)境，導(dǎo)致其熒光壽命縮短

圖3 DAOTA-M2染色的活細胞U2OS細胞核DNA的FLIM分析（a）以 512 × 512 分辨率（λex=477 nm，λem=550–700 nm）記錄的熒光強度圖像，紅線表示用于 FLIM 分析的核分割（b） 來自 a 的 FLIM 圖，顯示在平均壽命 (τw) 9ns（紅色）和 13ns（藍色）之間（c） 平均核強度與平均核壽命（藍點）的二維相關(guān)性（d）單個原子核的放大 FLIM 圖 - 顏色代表壽命，由 9ns（紅色）和 13ns（藍色）之間的顏色梯度條定義

G4-DNA的生物功能是通過動態(tài)的折疊和打開實現(xiàn)。在細胞內(nèi)，G4-DNA可以自發(fā)折疊，但其打開是由專門的解旋酶來完成。并且在接下來的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)哺乳類動物中的DNA 解旋酶 FancJ 和 RTEL1的表達量減少將會導(dǎo)致DAOTA-M2熒光壽命變長（圖4）[3]。因此可以直接利用DAOTA-M2熒光壽命的變化監(jiān)測G4-DNA在活細胞中的動態(tài)變化。

圖4，減少 FancJ或RTEL1 解旋酶表達如何導(dǎo)致更長的 DAOTA-M2 壽命 (τw)的示意圖

G4-DNA被認為是潛在癌癥ZL藥物靶點，因此評估給定的 G4-DNA靶向藥物與該結(jié)構(gòu)結(jié)合的能力將非常有用。通過不同處理后DAOTA-M2的熒光壽命變化，結(jié)果顯示雙羧酸功能化的Ni（Ni-salphen）與G4-DNA有很強的靶向結(jié)合能力，會在短時間內(nèi)導(dǎo)致DAOTA-M2熒光壽命迅速下降。（圖5）

圖5. 加入結(jié)合劑1-7hr的DAOTA-M2 的代表性 FLIM 成像結(jié)果（顯示在 6ns（紅色）和 14ns（藍色）之間）共孵育后 使用 DMSO（對照）、Zn-salphen、Nisalphen 。比例尺：20 μm

在以上的科研工作中，不難發(fā)現(xiàn)，JZ的檢測方法是必不可少的，比如貫穿于整篇文獻中的FLIM技術(shù)。FLIM（Fluorescence Lifetime Imaging，熒光壽命成像）：是一種基于熒光壽命的顯微成像技術(shù)，其成像結(jié)果提供像素位點的壽命信息，使得我們在熒光強度成像之外，能更加深入地對樣品進行功能性測量。熒光壽命成像具有不同于熒光強度成像的眾多優(yōu)點，如不受熒光物質(zhì)濃度、光漂白、激發(fā)光強度等因素的影響。會因為分子構(gòu)象、分子間相互作用、分子微環(huán)境、生理狀態(tài)等條件改變而發(fā)生變化。Leica全新STELLARIS 8 FALCON熒光壽命成像系統(tǒng)，搭載新一代白激光（440-790nm）以及HyD X高靈敏度專用檢測器，提供超快速、多維度熒光壽命成像解決方案。

將特異性探針與FLIM相結(jié)合使用，不僅可以用來監(jiān)測活細胞細胞核中G4-DNA的形成，以及判定小分子藥物與G4-DNA的相互作用，還可以應(yīng)用于G4-DNA靶向藥物的篩選。這些信息將為癌癥的診斷和ZL帶來了新啟示，更有助于靶向性新療法新藥物的開發(fā)。

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熒光分光光度計怎么測熒光壽命?

細胞成像檢測系統(tǒng)：革新生命科學(xué)研究的關(guān)鍵工具

細胞成像檢測系統(tǒng)是生命科學(xué)領(lǐng)域中的一項重要技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于細胞生物學(xué)、醫(yī)學(xué)研究以及藥物開發(fā)等多個領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進步，細胞成像檢測系統(tǒng)的功能和精度也在不斷提升，使研究人員能夠更深入地觀察細胞內(nèi)部的動態(tài)變化、結(jié)構(gòu)特征以及各種生物學(xué)過程。這些系統(tǒng)不僅幫助科學(xué)家更好地理解細胞行為，還為疾病的早期診斷和方案的制定提供了強有力的支持。本文將詳細介紹細胞成像檢測系統(tǒng)的工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域及其對生命科學(xué)研究的重要意義。

細胞成像檢測系統(tǒng)的工作原理

細胞成像檢測系統(tǒng)通過使用顯微技術(shù)，結(jié)合先進的成像設(shè)備，能夠捕捉到細胞內(nèi)部和表面的細節(jié)。常見的技術(shù)包括熒光顯微鏡、共聚焦顯微鏡和電子顯微鏡等。熒光成像技術(shù)利用熒光染料標記細胞中的特定分子或結(jié)構(gòu)，能夠清晰地顯示細胞的各種動態(tài)過程，如蛋白質(zhì)的表達、細胞的增殖與死亡等。共聚焦顯微鏡則通過激光掃描技術(shù)獲得高分辨率的細胞圖像，能夠在更高的放大倍率下獲得更細致的觀察結(jié)果。

通過這些成像技術(shù)，細胞成像檢測系統(tǒng)能夠?qū)崟r捕捉細胞在不同生理狀態(tài)下的變化。比如，研究人員可以通過成像觀察癌細胞如何在不同藥物作用下發(fā)生變化，從而幫助篩選出更具的藥物。隨著分辨率和成像速度的不斷提升，現(xiàn)代細胞成像檢測系統(tǒng)能夠獲得更加精確的細胞圖像，甚至可以對活細胞進行長時間的動態(tài)監(jiān)測。

細胞成像檢測系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

細胞成像檢測系統(tǒng)在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中。它在細胞生物學(xué)研究中起著至關(guān)重要的作用。通過精確觀察細胞內(nèi)的分子活動，研究人員能夠揭示許多細胞內(nèi)在的生物學(xué)過程，包括蛋白質(zhì)的定位、細胞周期的調(diào)控以及細胞信號傳導(dǎo)等。通過這些研究，科學(xué)家能夠深入了解細胞的基本功能和機制。

細胞成像檢測系統(tǒng)在癌癥研究中的應(yīng)用也尤為突出。通過實時觀察腫瘤細胞的生長和擴散過程，科學(xué)家能夠分析腫瘤細胞與正常細胞的差異，進而尋找新的靶點進行。細胞成像技術(shù)還在藥物篩選中得到了重要應(yīng)用，通過成像系統(tǒng)觀察藥物對細胞的影響，幫助篩選出更具和更安全的藥物。

細胞成像檢測系統(tǒng)的未來發(fā)展

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，細胞成像檢測系統(tǒng)在未來將更加、高效。例如，隨著超分辨率成像技術(shù)的發(fā)展，研究人員將能夠觀察到比以往更細微的細胞結(jié)構(gòu)，甚至可能突破傳統(tǒng)顯微技術(shù)的分辨率極限。自動化和人工智能技術(shù)的結(jié)合也將進一步提高成像效率和分析準確性，減少人工干預(yù)，使細胞成像檢測更加便捷。

在疾病診斷方面，細胞成像檢測系統(tǒng)的未來也充滿了無限潛力。通過結(jié)合生物標志物和成像技術(shù)，研究人員可以實現(xiàn)更早期的疾病診斷，特別是癌癥、神經(jīng)退行性疾病等疾病的早期篩查，從而提高的成功率。

結(jié)論

細胞成像檢測系統(tǒng)作為生命科學(xué)研究中不可或缺的工具，其在細胞生物學(xué)、醫(yī)學(xué)研究及藥物開發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷進步，細胞成像系統(tǒng)的功能和應(yīng)用場景也將不斷擴展，推動著生命科學(xué)的發(fā)展。對于未來的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究，細胞成像檢測系統(tǒng)必將繼續(xù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，成為揭示生命奧秘的重要手段。