基于高光稳定性菁染料探针的STED超分辨成像技术揭示线粒体嵴动态变化

针对线粒体嵴超分辨成像中探针光稳定性不足的难题，山东大学研究团队设计开发了新型菁染料荧光探针Cy-OH和Cy-Cl。该探针通过静电作用靶向线粒体内膜(IMM)，其中Cy-Cl通过氯甲基与线粒体蛋白共价结合实现MMP（线粒体膜电位）非依赖性标记。在200 nM浓度下即可实现STED显微镜对线粒体嵴（~50 nm分辨率）的清晰成像，其优异的光稳定性和近红外发射特性为研究生理病理过程中的线粒体嵴变化提供了有力工具。

　　

线粒体作为细胞的"能量工厂"，其内膜折叠形成的嵴结构是氧化磷酸化和ATP合成的关键场所。然而，传统荧光探针在STED超分辨显微镜的高强度 depletion 激光下易发生光漂白，严重制约了线粒体嵴（分辨率约50 nm）的动态观测。这一技术瓶颈使得研究者难以深入探究线粒体嵴异常与神经退行性疾病、心血管疾病等重大疾病的关联机制。

为解决这一难题，山东大学的研究团队创新性地设计合成了一对菁染料荧光探针Cy-OH和Cy-Cl。研究发现，带正电的Cy-OH通过静电作用富集于线粒体内膜，其靶向性依赖线粒体膜电位(MMP)；而含氯甲基的Cy-Cl则能与线粒体蛋白形成共价键，实现MMP非依赖的永久标记。在关键技术方面，研究采用：（1）近红外发射的氰基荧光团构建增强光稳定性；（2）STED显微镜实现50 nm空间分辨率成像；（3）商业MitoTracker对比验证性能优势。

【Materials and instruments】部分显示实验使用常规化学试剂，关键仪器包括STED显微镜（TCS SP8，Leica）和共聚焦显微镜。

【Design and Synthesis】证实通过引入苯甲醇和氯甲基修饰氰基骨架，成功获得发射波长>650 nm的探针，其摩尔消光系数达1.5×10⁵ M^-1cm^-1，荧光量子产率超过15%。

【Conclusion】指出Cy-Cl在200 nM浓度下即可清晰显示线粒体嵴结构，其光稳定性较商业探针提升3倍以上，且不受CCCP（羰基氰化物间氯苯腙）诱导的MMP下降影响。

这项发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》的研究具有双重突破：技术层面首次实现活细胞线粒体嵴的长时程STED成像，应用层面为线粒体相关疾病的机制研究提供了新工具。特别是Cy-Cl与线粒体蛋白的不可逆结合特性，使其在病理模型研究中展现出独特优势，为揭示线粒体嵴重构与疾病发展的因果关系提供了关键技术支撑。