新型化学探针可实现脑免疫细胞的实时成像

韩国和新加坡的研究人员首次开发出一种化学探针，可以对活体动物大脑中的一种叫做小胶质细胞的免疫细胞进行实时成像。这一发现由韩国浦项科技大学(POSTECH)基础科学研究所(IBS)领导; 新加坡生物成像联合会(SBIC)和科学，技术和研究机构(A * STAR)的新加坡免疫网络(SIgN); 和新加坡杜克国立大学医学院将开展关键成像研究，帮助科学家了解脑卒中，自闭症，阿尔茨海默氏症和帕金森病等脑疾病的发展。

小胶质细胞是大脑的主要常驻免疫细胞。尽管小胶质细胞在一个世纪前被描述，但这些细胞最近才被发现在各种神经疾病的发展中起重要作用。这些发现得益于分离这些细胞的技术进步，以及表达来自小胶质细胞谱系的荧光蛋白的转基因小动物系统，允许用光学显微镜进行实时成像。然而，研究人类和灵长类动物的小胶质细胞非常困难。

能够与大脑中的其他细胞分开研究小胶质细胞对于理解大脑发育和疾病至关重要。虽然已经开发了几种生化标记物和分子成像工具来研究这些特化细胞，但目前没有一种方法能够在活脑中以细胞分辨率显示小胶质细胞，这在临床上更具相关性。

两个实验室的合作研究由来自IBS的教授兼副主任Young-Tae Chang领导，他们也是A * STAR的SBIC，以及来自Duke-NUS的副教授Hyunsoo Shawn Je，他们确定了小胶质细胞的荧光标记物。 ，从潜在探针库中筛选出来。研究人员随后进行了大量的离体和体内研究，以证明其中一种名为CDr20的探针确实可以在活细胞中标记小胶质细胞。免疫染色用于验证小胶质细胞的选择性染色。然后，作者使用敲除细胞系来鉴定小胶质细胞中存在的“开启”探针荧光的酶。

张教授解释说：“通过彻底的结构 - 活性关系研究，我们开发了这种高性能荧光化学探针CDr20，可以在体外和体内可视化小胶质细胞。使用基因组规模的CRISPR-Cas9敲除筛选，我们确定了Ugt1a7cas是CDr20的功能性靶蛋白，通过酶促葡萄糖醛酸化反应激活小胶质细胞中的CDr20荧光信号。我们的探针也可以标记人源和灵长类衍生的小胶质细胞，因此这对研究高等哺乳动物的小胶质细胞功能非常有用，临床上更相关。“

随着快速发展的光学成像技术，荧光小分子已成为生物医学研究不可或缺的工具。然而，已知与分子生物标志物结合的细胞类型特异性荧光小分子非常罕见。

“Chang实验室拥有广泛的随机荧光分子库，他们利用基于大规模细胞的筛选来识别突出脑免疫细胞的特定荧光小分子，”副教授Je说。“这种小分子对标记小胶质细胞和大脑驻留免疫细胞的相关谱系具有极高的选择性。我们利用最先进的体内多光子显微镜观察静脉注射染料后大脑中的小胶质细胞，这在以前是不可能的。”

作者表示他们将继续努力改进CDr20的功能和实用性。此外，Chang实验室正在筛选仅标记活化小胶质细胞的新分子，科学家怀疑这些分子在神经退行性疾病的神经炎症中发挥作用。

注意到新加坡A * STAR和Duke-NUS以及IBS，POSTECH，蔚山国家科学技术研究院(UNIST)和韩国首尔国立大学的合作，杜克大学研究部高级副院长Patrick Casey教授新加坡国立大学评论说：“这项工作是新加坡和韩国最好的研究机构之间多学科合作的一个很好的例子。它为小胶质细胞在神经退行性疾病的发展中的研究做出了重要贡献，可以导致未来的治疗方法“。