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研究的背景
质膜(PM)由磷脂双分子层和嵌入的蛋白质组成，质膜参与多种细胞过程和生物功能，包括信号转导、选择性物质跨膜、胞吞、胞吐、细胞粘附和维持细胞内稳态等。此外，PM的异常可能是细胞状态和许多疾病的关键生物标志物。
因此，可视化不同环境下细胞膜的动态形态变化对于早期医学诊断和生物医学基础研究具有重要意义。目前，明视场显微镜已被广泛应用于膜结构的观察，但由于分辨率低、颜色模式单一，观察的结果缺乏详细的信息。
荧光成像因其高分辨率和提供实时信息的能力而成为一种强大而可靠的可视化技术。在过去的几年里，虽然已经报道了几种针对PM的AIE发光体电缆，但它们都有各自的缺点，比如斯托克斯位移小，清洗后步骤繁琐，细胞成像前的孵育时间过长。
为了克服这些缺点，2018年，科学家首次开发了水溶性近红外AIEgen，并研究了其在超快免洗成像质膜和光动力学癌细胞消融中的应用。2020年，科学家又报道了一种基于AIE的探针，用于对生物系统中的质膜进行快速和超灵敏的成像。然而，他们并没有给出pent-TMP相对于商用生物探针在细胞中应用的优势。并且这些探针可视化PM的分子机制也没有得到进一步研究。
本文的工作
图 1
根据磷脂双分子层的自然性质和前人的研究成果，作者制备了一种新型的PM探针CAR-PY。咔唑因其大的斯托克斯位和疏水能力而被设计为CAR-PY的骨架。如图1所示，Car-py可通过疏水作用嵌入磷脂双层中。丙烷磺酸盐基团是亲水性的，可以使荧光团易于进入细胞，而在短时间内不易通过磷脂双层的疏水区域。并且吡啶盐的正电荷可以使它通过静电相互作用与通常具有负电荷表面的肿瘤细胞结合。在这篇文献中，作者主要证明在快速染色过程之后，化合物CAR-PY可以通过无洗涤程序精确地可视化PM。
(1)在细胞层面生物成像
图 2
使用Car-Py孵育HepG2细胞20 min后，无论是通过在细胞成像之前的洗涤或无洗涤过程，PM都可以被清楚的点亮，而荧光在细胞质和细胞核区域中非常弱（图 2A和C）Car-py处理的HepG2细胞中荧光强度分布的相应定量显示区域1或3（PM）与区域2（细胞质和细胞核）之间的高信号比（IPM
/I2≥130，IPM和I2分别代表PM和区域2的细胞内荧光）（图 2B和D）。表明细胞PM特异性染色。
为了证实这一结论，使用DiI(一种用于PM的商业生物探针)共染色进行共定位实验。如图2E所示，CAR-PY和DiI之间的共定位图像具有较高的皮尔逊相关系数(Rr=0.90)，表现出良好的PM特定染色特性。
(2)生物体中的荧光成像
图 3
组织切片按既定程序从小鼠脑中制备。脑组织切片经Car-py孵育30 min后在激光共聚焦显微镜下成像。如图3所示，可从穿透深度约15 μm的脑组织表面观察到明亮的发光。
图 4
斑马鱼因其透光性好、操作简便而被选为活体动物模型。斑马鱼用探针孵育60 min后直接成像。斑马鱼的图案可以清晰地显示出来(图 4A)。此外，Car-py可以在大倍率下对每个细胞的边界进行成像(图 4C)。
文献原文：Hu, L.; Xu, B.; Chen, H.; Wang, H., A water-soluble AIEgen for ultrafast and wash-free imaging of plasma membranes in biosystems.Sensors and Actuators B: Chemical 2021,340.
DOI：10.1016/j.snb.2021.129950
