【技术应用】细胞膜流动性检测“金标准”：FRAP技术为何不可替代？

细胞是生命活动的基本单位，而细胞膜则是细胞与外界环境之间的重要屏障。细胞膜并非静止不变，其流动性是细胞执行物质运输、信号传导等生命活动的关键基础。如何准确测量细胞膜流动性，一直是科学家们关注的重点问题。在多种检测方法中，荧光漂白恢复技术（FRAP）凭借其独特优势，成为该领域的“金标准”。

细胞膜主要由磷脂双分子层和蛋白质构成，具有类似液态的流动性。膜上的磷脂分子可以发生侧向移动、旋转运动等多种运动形式，这种特性被称为膜流动性。流动性对细胞至关重要，影响着营养物质运输、细胞信号转导、细胞分裂等多种生理过程。许多疾病，如动脉粥样硬化、阿尔茨海默病等，都与细胞膜流动性的异常变化密切相关。

PART.01

FRAP技术原理简介

Fluorescence Recovery After Photobleaching(FRAP)即荧光漂白恢复技术，其主要原理如下：

①首先使用特定荧光染料标记细胞膜上的脂质或蛋白质;

②随后用高强度激光照射细胞某一区域，使该区域荧光分子发生不可逆的漂白;

③然后监测漂白区域荧光强度随时间恢复的过程;

④最后通过分析荧光恢复曲线，计算出细胞膜的扩散系数和流动性参数;

整个过程可在数分钟内完成，提供定量化的膜流动性数据。

图1 FRAP实验原理（Sarkar et al., 2020）。

PART.02

FRAP技术的独特优势

1.活细胞检测，保持生理状态

与传统生化方法不同，FRAP技术最大优势在于能够在活细胞中进行实时检测，不需要破碎细胞或提取膜组分，完全保持了细胞膜的天然状态和生理环境。这对于获取真实可靠的膜流动性数据至关重要。

2.高时空分辨率

现代共聚焦显微镜与FRAP技术结合，可实现对特定细胞区域的精准检测，分辨率可达微米级别。研究者可以选择细胞膜的特定区域（如脂筏区域）进行检测，获得更为精确的局部流动性数据。

3.定量化分析

FRAP不仅提供定性结果，还能通过数学模型计算出扩散系数（D值）和可动分数（M值）等定量参数。

4.多功能性

FRAP技术不仅可用于检测脂质流动性，还可研究膜蛋白的运动特性、分子间相互作用等，应用范围极为广泛。

PART.03

我司案例展示

我司以BODIPYFLC5-HPC(亲脂性绿色荧光染料)染色的牙周膜干细胞为研究对象，通过FRAP技术检测不同浓度LPS对细胞膜流动性的影响。

分组:A为对照组，B为低浓度LPS，C为高浓度LPS。

结果:细胞膜在激光漂白后，A组荧光恢复率达57.7%，B组荧光恢复率达32.6%，C组荧光恢复率达19.3%。

结论:表明不同浓度LPS刺激可显著降低牙周膜干细胞的细胞膜流动性，且呈现浓度依赖性，浓度越高抑制作用越强。

图2 FRAP检测LPS处理牙周膜干细胞后的细胞膜流动性

FRAP技术为理解细胞膜结构与功能的关系提供了强大工具，在药物研发（如评价药物对膜流动性影响）、疾病机制研究（如神经退行性疾病）等领域具有广泛应用价值。随着技术的不断进步，FRAP仍将继续在细胞膜研究中发挥不可替代的作用。

总之，FRAP技术以其独特的活细胞检测能力、高分辨率和定量化分析等优势，成为研究细胞膜流动性的首选方法。对于生命科学研究人员来说，这一技术无疑将为探索细胞奥秘提供重要助力。

参考文献

Sarkar P,Chattopadhyay A. Exploring membrane lipid and protein diffusion by FRAP[M]//Analysis of Membrane Lipids. New York, NY: Springer US,2020:119-141.