服务案例

国家模式与特色实验细胞资源库为乳酸监测成像新技术提供资源和技术服务　

服务时间：2020-01-01/2022-12-01

服务对象和范围：华东理工大学药学院、生物反应器工程国家重点实验室、上海市细胞代谢光遗传学技术前沿科学研究基地赵玉政教授、杨弋教授以及上海市第四人民医院王从容主任团队。

服务背景和意义：乳酸长期以来一直被用作疾病状态的代谢指标。乳酸疗法可能是有效的治疗疾病，如控制不良的糖尿病，创伤性脑损伤，心力衰竭，炎症和免疫抑制。因此，解剖乳酸代谢的生物学意义和日益被认识到的复杂性需要开发分子工具，为实时监测和成像提供敏感的时空分辨率。目前，研究人员主要依赖于通过酶循环分析、层析或质谱测量细胞外培养基或细胞裂解液中的乳酸，或通过seahorse分析仪测量细胞外酸化率(extracellular acidification rate, ECAR)。然而，这些方法不仅耗时或成本高，而且与单个活细胞或活体的时空动力学研究不兼容。最近的进展表明，活细胞代谢监测的挑战可以通过使用基因编码荧光传感器来解决，它与特定的代谢物如ATP、NAD(H)、氧化和还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP(H))结合并作出反应。这些传感器在体内形成固有的荧光团，通常能够针对特定的细胞或亚细胞细胞器，并允许对代谢物进行精确的时空监测。基因编码荧光传感器已被报道用于乳酸监测。然而，这些传感器在体外和/或活细胞中具有相当小的动态范围，对钙的反应不理想，或不适当的(生理)亲和力。这些限制使得他们难以量化体外和体内乳酸的细微波动。

服务成效：研究团队基于理性设计和定向进化等策略，开发了一系列超灵敏，高响应，比率，遗传编码的乳酸指标，称为乳酸荧光指标 (fluorescent indicators of lactate, FiLa)，并且在监测分析的分辨率、准确度、便捷性方面具有明显的优势，实现了在活细胞、亚细胞和在体水平对乳酸代谢的原位、实时、定量动态追踪，并在乳酸空间分布、调控网络、药物筛选、临床诊断方面取得重要突破。该项成果以“Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease”为题于2022年10月底发表在国际学术期刊《Cell Metabolism》。

服务内容和主要方式：国家模式与特色实验细胞资源库为该项研究的开展提供了人胚肾细胞HEK293T、人非小细胞肺癌细胞NCI-H1299等。我库长期为赵玉政研究员团队提供免疫相关实验细胞，支撑其开展细胞代谢调控机制及细胞代谢监测成像新技术的研究。近几年来，本平台以用户需求为导向，及时开展资源的针对性收集和目的性保藏，为重大科学研究和高水平科研成果提供高质量细胞资源和技术支撑。

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