伦敦玛丽女王大学生物与行为科学学院细胞动力学中心的科学家与卡尔蔡司公司合作,成功开发出革命性活细胞成像技术。该技术以60纳米的超高分辨率结合光漂白后荧光恢复(FRAP)功能,在显著降低光致细胞损伤的同时,实现了对细胞动态过程的精准观测。
这项突破性技术由Viji Draviam教授团队研发,将晶格结构化照明显微术(diSIM/SIM²)与光漂白后荧光恢复技术(FRAP)创新融合,命名为FRAP-SR(超分辨率荧光恢复后光漂白法)。研究团队通过《Cell Reports Methods》期刊公布成果,该技术成功克服了传统显微镜和早期超分辨率技术存在的光毒性问题,使活体细胞的细微动态观测成为可能。
"我们的FRAP-SR技术能够以人类头发丝1/2000的精度(即60纳米)观测活细胞内部结构。"Draviam教授解释道,"这种分辨率水平为实时解析细胞组分的纳米级组织和动态行为提供了全新可能。"研究团队利用该技术对双链DNA断裂修复关键蛋白53BP1进行动态研究,首次发现其形成的液态凝聚体具有复杂多样的形态特征,包括稳定紧凑结构和动态流动形态。
通过FRAP-SR技术,研究团队发现非晶态53BP1焦点包含具有不同蛋白移动性的亚区室,暗示其功能特化特征。紧凑焦点在光漂白后呈现均匀恢复特性,但不同焦点间的恢复速度存在显著异质性。研究还显示,细胞恢复DNA复制压力等条件会显著影响这些焦点的动态特性。
这项技术突破对细胞生物学研究具有里程碑意义,特别是在DNA损伤反应、染色体组织、线粒体动力学和细胞衰老等光敏感过程研究领域。值得关注的是,全球DNA修复药物市场预计从2024年的91.8亿美元增长至2030年的139.7亿美元,复合年增长率达7.2%。FRAP-SR技术通过解析53BP1蛋白的动态特征,为新型DNA修复药物开发提供了关键研究工具。
研究团队采用蔡司ELYRA 7系统结合Rapp OptoElectronics公司的FRAP模块,在国际上首次解析了53BP1焦点的亚区室结构。该研究获得英国研究与创新署(UKRI)和伦敦玛丽女王大学共计210万英镑的专项资助,推动建立了世界领先的细胞动力学研究中心。
这项技术突破不仅为光学遗传学在超分辨率领域的应用开辟新方向,更为靶向DNA损伤修复通路的抗癌药物开发提供了创新平台。通过实现活细胞无损伤高精度动态观测,FRAP-SR技术标志着细胞成像技术进入纳米级实时研究新时代。
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