荧光传感器助力科研人员实时观测糖尿病进程

巴斯大学的研究人员开发出一种荧光分子探针，能够检测活体动物体内的葡萄糖水平变化，为科学家提供了在实时状态下观察糖分摄取、研究糖尿病、癌症及其他代谢性疾病的全新手段。该研究成果已发表在《先进科学》（Advanced Science）期刊上。

直观观测糖分活动

葡萄糖等碳水化合物在能量代谢和糖尿病中扮演着至关重要的角色，但在活体组织内部监测它们一直是一项巨大的科学挑战。

这个跨学科团队设计的荧光分子探针，结合了能选择性结合糖类的“硼酸”类化学物质与先进的成像技术，从而能够在活体系统内可视化分子的行为。这些探针成功检测到了培养细胞和活体斑马鱼体内的葡萄糖水平变化。

“我们的工作证明，合成碳水化合物识别探针可以在活体生物中实时监测与葡萄糖相关的过程，”该大学化学系的Sofia I. Pascu教授、研究的通讯作者之一表示，“这标志着迈向用于研究代谢紊乱和开发精准诊断技术的下一代工具迈出了重要一步。”

研究人员将这些探针与多光子荧光寿命成像显微镜（MP-FLIM）相结合，这是一种先进的技术，它测量的是寿命的细微变化（即荧光信号持续的时间），而不仅仅是测量亮度。这种方法使团队能够在活体系统内实时绘制出哪些细胞吸收和利用糖分的图谱。

在活体系统中检测高血糖

为了验证该技术是否能在体内发挥作用，研究团队使用了斑马鱼，这是代谢研究中广泛使用的模式生物。

几种探针在斑马鱼幼虫的消化系统中大量积聚，其荧光随着外部葡萄糖的挑战而发生变化。

他们还利用同样的方法，成功区分了携带类似糖尿病突变的胰岛素缺乏斑马鱼与其健康的同胞。

糖尿病鱼由于血糖水平升高，显示出显著降低的荧光，这证明了该探针在活体脊椎动物体内检测葡萄糖变化的能力。

通讯作者、大学生命科学系的David Gurevich博士及惠康信托亨利·戴尔研究员表示：“我们的结果表明，基于合成硼酸的荧光探针可以报告由外部糖暴露和胰岛素缺乏在活体生物中引起的葡萄糖波动。这可以为研究人员提供一种将葡萄糖变化与代谢及其他疾病的生物学效应联系起来的新方法。”

在糖尿病和癌症领域的未来应用

除了监测葡萄糖，研究人员认为该平台还可以被改造，用于检测其他具有生物学重要意义的碳水化合物和代谢标志物。由于异常的碳水化合物代谢是包括糖尿病和多种癌症在内的疾病的标志，该技术最终可能支持早期诊断、药物发现和个性化治疗策略。

共同通讯作者Tony D. James教授补充道：“通过将超分子化学、先进光子学和生物模型结合起来，我们创建了一个用于实时成像代谢过程的多功能平台。这项工作展示了结合化学、生物学和先进成像技术以获得对活体系统新见解的力量。我们现在正在探索如何进一步开发这些技术，以用于诊疗应用和未来的药物筛选工具。”

这项研究反映了涉及巴斯大学、伯明翰大学、马德里自治大学、西班牙国家研究委员会（CSIC）和STFC卢瑟福·阿普尔顿实验室的生物学家、物理学家和化学家的跨学科及国际合作。

研究团队还包括已故的伯明翰大学John S. Fossey教授，他是硼酸化学和分子识别领域的领军人物；他的洞察力和协作帮助塑造了这个项目及许多相关研究。

来源详情

Haobo Ge et al, Carbohydrate‐Mediated Cellular Uptake of Boronic Acid Hybrids In Cellulo and Insulin‐Deficient Zebrafish: Live Imaging and Application of Multiphoton FLIM, Advanced Science (2026). DOI: 10.1002/advs.77481

期刊信息：Advanced Science

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