ACS Cent. Sci. ¦ 北京大学陈知行：用于活细胞荧光成像的温和罗丹明

ACS Cent. Sci. ¦ 北京大学陈知行：用于活细胞荧光成像的温和罗丹明

1. 研究背景

荧光标记的高激发光暴露会损害生物样本的生理完整性。这种现象被称为光毒性，是光和荧光团对其周围环境的可逆或不可逆的破坏性影响。光毒性主要来源于发色团激发态产生的活性氧（ROS）。与活细胞荧光显微镜中的光毒性相关的主要ROS是1O2，它是激发的荧光团和O2反应的产物。1O2可以氧化附近的生物大分子，如脂质、碳水化合物和核酸，从而影响它们的生理功能。这些有害影响会随着时间的推移而累积，导致细胞代谢异常、细胞器和生物体变形、细胞增殖停滞和凋亡。因此，光毒性是一种普遍现象，广泛影响活细胞荧光成像，使其具有潜在的侵入性。随着超分辨率成像和延时成像仪器的广泛使用，最小化光毒性对于认可生物成像中记录数据的生理相关性越来越重要。

从光物理化学的角度来看，光毒性和光漂白通常被认为源于激发的三重态（图1a）。三重态淬灭剂（TSQ），如巯基乙胺（MEA）或环辛四烯（COT），在活细胞荧光成像中作为保护剂有着丰富的历史。在过去的十年中，已提出将这种TSQ部分直接偶联在选定的染料支架上作为提高光稳定性的策略。

2. 结果与讨论

介绍了一种通用的TSQ共轭策略来降低罗丹明衍生物的光毒性。正如体外1O2产生或蛋白质损伤测定以及对各种亚细胞区室的活细胞光毒性研究所证实的那样，温和罗丹明（GR）是光强度显微镜应用的有价值的工具。有趣的是，TSQ罗丹明衍生物不一定具有增强的光稳定性，这意味着存在独立于三重态布居或包括更高激发态的替代光漂白途径。该策略与广泛的荧光罗丹明衍生物和流行的活细胞标记策略兼容，如亚细胞结构的自标记标签或配体，为哺乳动物细胞中线粒体、质膜、核、细胞骨架和感兴趣的蛋白质的一般和温和成像提供了实用的染料。进一步，证明了GR探针可以与时间分辨STED和心肌细胞膜电位功能成像等显微镜技术相结合。

图1. TSQ衍生TMR减轻光毒性

图2. 用于线粒体活细胞荧光显微镜成像的多色温和罗丹明

图3. 靶向温和罗丹明用于DNA和细胞骨架的活细胞成像

图4. 温和罗丹明用于使用自标记蛋白质标签对细胞蛋白质进行活细胞成像

DOI: 10.1021/acscentsci.4c00616