【Angew.Chem.】高分辨率可视化细胞膜纳米结构：RSD2探针实现40纳米成像突破

文章标题：Fluorogenic Rhodamine Probes Enable High‐Resolution Visualization of Plasma Membrane Nanostructures
通讯作者：Amandeep Kaur
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202519056

文章概要

引言

细胞质膜不仅是细胞边界的屏障，更在细胞分裂、生长、迁移及信号传递中发挥关键作用。其复杂的形态包括伪足、膜纳米管和迁移小体等，这些结构在细胞间通讯和物质运输中不可或缺。然而，它们的尺寸通常在10至200纳米之间，远低于传统光学显微镜的分辨极限，因此亟需高性能荧光探针与先进成像技术的结合。现有的膜探针如氰染料或小麦胚芽凝集素在特异性、稳定性和操作便捷性方面存在不足，限制了对膜超微结构的深入研究。本文提出了新型的罗丹明衍生物探针RSD1与RSD2，以解决传统探针在洗脱步骤繁琐、快速内吞及血清条件下标记效率低等问题。

主要实验及结论

研究团队通过在罗丹明骨架上引入阴离子膜锚定基团和吡咯烷辅色团，合成了RSD1与RSD2两种探针。光物理特性测试显示，RSD2在水环境中因自组装而呈现强烈荧光猝灭，但在脂质膜环境中则恢复高亮度信号，实现了无需洗脱的荧光成像。动态光散射实验进一步证实RSD2形成稳定的纳米颗粒结构，赋予其独特的膜特异性。

在活细胞实验中，RSD2能够在血清存在下长时间稳定标记质膜，且在120分钟内仍保持对伪足、膜纳米管及迁移小体的清晰成像，而对照探针RP和RSD1则出现快速内吞或信号衰减。与商业探针比较，RSD2在膜特异性、亮度和光开关性能方面均表现优越，并在固定细胞中保持良好定位。其低毒性和高效标记能力在多种细胞类型中得到验证，包括神经细胞和巨噬细胞。

进一步的实验利用RSD2结合Cy5标记的二氧化硅纳米颗粒，首次在神经细胞中观察到通过膜纳米管及“吊舱”样结构进行的颗粒运输过程。三维成像揭示了这些结构在货物运输中的动态变化，显示出膜纳米管在细胞间物质传递中的重要作用。

在超分辨成像方面，RSD2兼容iSIM与dSTORM技术，分辨率可达40纳米。实验成功解析了伪足、双丝状桥及迁移小体等精细结构，并通过双色dSTORM实现了纳米颗粒在膜纳米管中的运输可视化。这是首次利用超分辨显微镜直接揭示纳米颗粒在神经细胞膜纳米管中的传递过程。

总结及展望

本文开发的RSD2探针在荧光强度、光稳定性、光开关性能及膜特异性方面均显著优于现有膜探针，能够在血清条件下实现长时间、无需洗脱的成像。其在活细胞与固定细胞中均表现出优异的适用性，并成功应用于超分辨显微镜，突破了传统成像的分辨极限。通过RSD2，研究者首次在神经细胞中直观揭示了纳米颗粒沿膜纳米管及吊舱样结构的运输过程，为理解细胞间通讯和物质传递提供了新的工具和视角。展望未来，RSD2不仅可广泛应用于细胞生物学和纳米医学研究，还将在探索膜结构动态变化、疾病机制及药物递送途径方面发挥重要作用，为高分辨率成像技术的发展提供坚实支撑。