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檢測線粒體膜電位的有機熒光探針(1)
來源: | 作者:泛肽生物研發中心團隊 | 發布時間: 2022-07-15 | 100 次瀏覽 | 分享到:

檢測線粒體膜電位的有機熒光探針

——膜電位檢測的技術可行性

線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential,MMP)作為線粒體功能的關鍵指標,可以反映細胞健康狀況。MMP功能障礙,甚至細微的異常變化,都能極大地影響細胞內的生物活性,引起各種疾病,如角膜炎、糖尿病、阿爾茨海默病,甚至癌癥。因此,檢測MMP的變化對生物學研究和醫學診斷具有重要意義。由于具有實時、原位監測、便利、快捷的優勢,近年來開發出多種有機熒光探針用于MMP檢測的產品,這其中絕大部分應用于前沿科研。

在真核細胞中,線粒體是雙膜細胞器,通過有氧呼吸和氧化為細胞內活動提供主要能量。在此過程中,質子和其他離子的濃度在內膜兩側不對稱分布,線粒體呈現負電位差,形成線粒體膜電位(MMP)。MMP作為線粒體功能的一個指標,可以指示細胞的健康狀態。正常的MMP通常在150~180 mV之間波動,可以保持穩定的生物活性,包括ATP合成、信號轉導、離子交換。而MMP水平的任何異常,哪怕是細微的變化,都會對線粒體功能產生很大的影響,從而導致線粒體功能障礙。例如,MMP水平的喪失是一些細胞紊亂事件的信號,導致自噬,凋亡和壞死。

近幾年報道顯示,許多疾病與MMP丟失有關,如角膜炎、糖尿病等,帕金森病,阿爾茨海默病和癌癥。此外,異常的MMP升高還可引起許多嚴重的疾病,如青光眼和額顳癡呆。另外,通過監測免疫細胞線粒體狀態能夠準確判斷免疫細胞狀態,而后者又參與多種臨床疾病的調控(包括之前我們介紹過的抗病毒感染、抗腫瘤免疫作用及腫瘤免疫逃逸、自身免疫性疾病、抑郁癥等等),因此,靈敏監測細胞MMP變化對生物學研究和相關疾病的診斷具有重要意義。

線粒體MMP作為一項物理參數,在生理和病理條件下被廣泛研究。與生物分子和細胞器不同,MMP不能通過光學和電子顯微鏡直接觀察。因此,我們最初使用微電極來評估MMP水平,微電極的電壓值可以作為反映MMP值的物理量。但是在用這種方法測量MMP的過程中,需要將線粒體從細胞中分離出來,否則細胞會被微電極破壞,從而破壞細胞的完整性。因此,這種破壞性的檢測方法只能提供有限的與體內情況相關的信息,而不能提供細胞的真實參數。為了實現MMP變化的實時原位檢測,近年來,基于有機熒光探針的熒光成像技術已經成為一種強大的技術,它可以無創性地可視化MMP的變化。特別是,由于MMP的負電位,膜透性有機陽離子傾向于在線粒體基質中積聚?;谶@一機理,各種有機熒光探針被開發出來用于測量MMP,一些常用的探針已經商業化。加之流式技術的進步,使得流式監測線粒體比成像具有更便利、大通量、自動化、更精準的優勢。

后續我們會逐步對線粒體膜電位檢測探針逐步展開介紹。更重要的是,人們打開了一扇通往細胞內的大門,線粒體的重要性我們之前都有過很多介紹。對線粒體臨床檢測感興趣的讀者歡迎進一步了解泛肽生物的新品。該產品已取得湖南省醫療器械注冊證,已許可在臨床檢測中使用。

參考

Lin B, et al. Membrane-Activated Fluorescent Probe for High-Fidelity Imaging of Mitochondrial Membrane Potential. ACS Sens. 2021, 26, 6(11): 4009-4018.

Pelletier-Galarneau M, et al. Quantification of Myocardial Mitochondrial Membrane Potential Using PET. Curr Cardiol Rep. 2021, 10, 23(6): 70.


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