近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员徐兆超团队开发了近红外单分子定位超分辨成像荧光探针“Aze-HMSiR”，降低了探针的光毒性，实现了长达50分钟的全细胞溶酶体动态超分辨成像，解析出溶酶体在全细胞范围内的分布、尺寸、pH、运动轨迹的系统性变化，并将其系统性动态特征转化为功能指标，以此为基础建立了溶酶体功能诊断模型，将溶酶体超分辨成像从“结构解析工具”扩展至“功能分析平台”，为溶酶体相关疾病的诊断和药物筛选提供了新路线。相关成果发表在《德国应用化学》。

溶酶体作为细胞的“代谢指挥中心”，其功能高度依赖于动态行为，从降解生物大分子、调控自噬到介导细胞信号传递，均与溶酶体形态、运动性及腔内pH的实时变化紧密相关。然而，解析这些动态行为的核心挑战在于技术限制，传统超分辨成像探针在溶酶体酸性环境中易发生猝灭或持续发光，难以实现单分子定位所需的稀疏闪烁，此外，高光毒性激光严重干扰细胞稳态，使得长时程动态观测数据可信度存疑。尽管团队此前开发的探针实现了40分钟的全细胞溶酶体成像，但其561nm激发光仍引发显著光毒性，且绿光穿透力限制了活体应用。

本研究中，团队首先开发了近红外自发闪烁探针“Aze-HMSiR”，该探针在大约650nm近红外光激发下可实现酸性环境中的高效自发闪烁，且未表现出光毒性，成像时间延长至50分钟。其次，团队建立了溶酶体动态参数与功能的定量关联模型，通过同步追踪全细胞内所有溶酶体的分布、尺寸、pH及运动轨迹，发现这些参数的协同变化可作为细胞状态的“功能指纹”。最后，团队将该技术应用于抗癌药物筛选与疾病诊断，在对包括紫杉醇、雷帕霉素、杠柳苷、二甲双胍、埃拉斯汀、重楼皂苷、吉非替尼七种药物的研究中发现，杠柳苷使溶酶体尺寸缩小32%，紫杉醇诱导pH显著升高并引起溶酶体均匀分布；在阿尔茨海默病细胞模型中，溶酶体运动速度降低50%，且pH震荡幅度显著增大。这些发现不仅揭示了药物作用的新机制，更为疾病早期诊断提供了动态指标。

超分辨成像技术在药物筛选与疾病诊断中的应用为生命医学研究提供了新思路。通过将细胞器动态行为转化为可量化的功能指标，科研人员能够像“解码细胞语言”一样，从纳米级动态中读取疾病信号、药物响应与代谢状态。未来，这一技术有望与人工智能、单细胞测序深度融合，构建“动态成像-分子机制-临床表型”的三维研究框架。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202503177