生物发光细胞成像升级使同时跟踪多个目标变得更加容易

长期以来，用荧光蛋白对活细胞进行成像一直是理解细胞行为的关键技术。虽然生物发光蛋白比荧光蛋白具有几个优势，但颜色变体的有限可用性使得同时观察多个靶标变得困难

现在，大阪大学SANKEN（科学与工业研究所）的研究人员开发了一种方法，将生物发光蛋白的调色板扩展到20种不同的颜色，实现了先进的同时多色成像

这项研究发表在《科学进展》杂志上

细胞是生命的基本组成部分。了解它们的功能对于生物科学、医学和药物发现的进展至关重要

光学标记技术使科学家能够观察细胞行为，跟踪细胞命运，并识别具有特定特征的细胞。虽然荧光蛋白被广泛用于这些目的，但生物发光蛋白因其独特的优势而越来越受欢迎

生物发光是生物体的自然发光，由酶（通常是萤光素酶）催化的化学反应提供动力，酶作用于生物发光底物

与荧光蛋白不同，生物发光蛋白不需要外部光来激发，避免了光毒性和背景光等问题。然而，它们的使用受到可用颜色数量少的限制。具有清晰易辨的颜色对于同时跟踪多个目标至关重要

以前，通过将最亮的萤光素酶之一NanoLuc与荧光蛋白偶联，创建了一个五色系列的生物发光标签。该技术利用激发态能量从底物转移到荧光蛋白，改变生物发光颜色

虽然有效，但这种五色调色板不足以满足更复杂的成像需求。大阪大学的研究人员现在通过将生物发光调色板扩展到20个来应对这一挑战，在多色成像技术方面取得了重大进展

主要作者Mitsuru Hattori说：“我们没有将NanoLuc与单一荧光蛋白融合，而是将其与两种荧光蛋白融合。这种方法使我们能够通过微调荧光蛋白的组合来获得更广泛的生物发光颜色。”。他们拍摄了一张表达所有20种生物发光蛋白的细胞混合物的单镜头图像，使用标签来可视化不同的亚细胞成分，甚至在活体小鼠中展示了它们的能力

此外，他们成功地在几个小时内对细胞行为进行了延时观察，同时跟踪了七个不同的标签

资深作者Takeharu Nagai解释说：“真正令人兴奋的是，我们可以使用标准的智能手机摄像头同时检测所有20种颜色，没有任何时间延迟。”。“这项创新使监测多个靶点或跟踪群体中的单个细胞变得更加容易和经济高效。”

这些新开发的生物发光颜色有可能彻底改变细胞命运跟踪，提供有关细胞如何发育成特定细胞类型的见解，并识别对药物有独特反应的细胞

该团队在生物发光成像方面的突破为生物研究、药物发现和医学科学的进步打开了新的大门 More information: Mitsuru Hattori et al, Creating coveted bioluminescence colors for simultaneous multi-color bioimaging, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adp4750. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp4750

Journal information: Science Advances