革命性的荧光胆固醇探针现在使科学家能够以显著的清晰度观察活细胞中胆固醇的运动和分布。通过将计算机建模与活细胞成像相结合，研究人员发现各种探针设计如何影响胆固醇探针的行为。这些创新工具可能有助于我们理解胆固醇失衡如何导致阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病，从而支持能够影响脂质活性并可能导致新疗法或预防方法的药物的开发。
寻找阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病解决方案是脑研究的重要关注点。佛罗里达大西洋大学查尔斯·E·施密特科学学院的化学和生物化学助理教授Maciej J. Stawikowski博士认为，理解细胞内胆固醇和其他脂质的运动可能是关键。
“人们普遍认为脂质与阿尔茨海默病之间存在联系，”Stawikowski表示，他还与FAU斯泰尔斯-尼科尔森脑研究所有关联。“脂质失衡可能导致淀粉样斑块的形成——大型蛋白质聚集体，会妨碍细胞功能，这是阿尔茨海默病的一个特征。”
他的研究小组，包括FAU化学和生物化学系的副教授Qi Zhang博士及FAU斯泰尔斯-尼科尔森脑研究所的成员，致力于创造先进工具，以研究脂质与细胞功能之间的联系。
胆固醇在细胞膜中扮演着重要角色，促进激素合成、稳定膜和促进信号传导。然而，胆固醇在细胞不同细胞隔室中的运动中断可能与阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病有关。为了探索这一点，Stawikowski及其团队设计了尖端的荧光胆固醇探针（CNDs），专门用于监测细胞膜中的胆固醇。
最近发表在Scientific Reports上的一项研究展示了CND探针如何有效地在活细胞中可视化胆固醇。通过将计算机模拟与活细胞成像相结合，研究人员已确定不同探针设计如何影响细胞内胆固醇的行为。
这些开创性探针将加深我们对胆固醇水平干扰可能导致阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病的理解。通过深入了解胆固醇在淀粉样斑块形成和细胞信号传导中的作用，研究人员可能会开发能够影响脂质活性的药物，潜在地为新的治疗或预防方法铺平道路。
“有了这些探针，我们现在可以以史无前例的细致水平可视化活细胞中胆固醇的运动和分布，”Stawikowski说道，他是该研究的资深作者。
CND探针利用1,8-萘啶酮（ND）框架，因其卓越的荧光特性而著称，包括显著的斯托克位移和对环境因素的响应。这个创新的配置允许模块化定制，使科学家能够根据特定实验需求调整探针的不同头基和连接器。结果表明，改变头基或连接器可以提高探针的灵敏度和靶向能力。
这些探针可以分为三种不同类型。中性探针倾向于聚集在一起，尽管它们的细胞吸收有些受限。相反，带电探针对细胞膜的溶解度和相互作用更好。富含羟基的探针进一步增强了氢键作用和脂质相互作用，使其特别适合分析膜动态。
此外，一些CND探针变体对pH波动敏感，使研究人员能够监测在不同酸度水平的细胞器内胆固醇的运动，例如溶酶体和脂滴。与传统胆固醇探针相比，这些新工具提供了更强的荧光能力和对胆固醇动态的更精确监测，提供了更丰富的细胞机制的见解。
“胆固醇对大脑功能至关重要，但其调节失当可能显著影响疾病的发展，”Stawikowski强调。“我们新颖的工具提供了对胆固醇如何影响细胞过程的深刻见解，并可能帮助确定像阿尔茨海默病这样的疾病的治疗靶点。”
研究团队开发的荧光胆固醇探针在阿尔茨海默病之外的应用前景广阔，潜在用于膜生物学、脂质动态和药物传递。通过将实验技术与计算模拟结合，FAU团队为创建更有效的荧光胆固醇探针奠定了基础，这些探针适用于多种脂质相关疾病。
这些多功能探针可以根据各种研究需求进行定制，代表了在解码胆固醇在细胞健康和疾病中的作用方面的重大进展。
该研究的共同作者包括Zhang；Vincente Rubio博士；Nicholas McInchak；Genesis Fernandez；Dana Benavides；Diana Herrera；和Catherine Jimenez；所有人均为FAU毕业生；以及FAU斯泰尔斯-尼科尔森脑研究所的博士生Haylee Mesa；和FAU的毕业生及实验室技术员Jonathan Meade。
