ImpRes：一种用于定量细胞质探针快速扩散的稳健FRAP框架

细胞质内的扩散是众多生物过程的基础。荧光漂白后恢复（FRAP）是利用标准激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）定量活细胞内分子扩散率最常用的方法之一。然而，由于恢复动力学过快、信噪比较低、漂白后信号伪影以及影响归一化的空间限制等因素，快速细胞质扩散（通常 >10 m^2/s）的精确测量仍然具有挑战性。尽管这些单独的挑战已在特定情境中得到解决，但一种用于定量细胞质扩散率的简单且稳健的框架仍然缺乏。 本文提出了一种专门设计用于克服上述障碍的 FRAP 方法学。通过利用高斯函数——即无限介质中扩散方程的脉冲响应（ImpRes）——我们的方法通过单方程三参数拟合程序，充分利用完整的时空数据集，从而摆脱了对小感兴趣区域以及任意初始时间点的限制。该方法学在三个复杂程度逐步增加的数据集上得到了验证：计算机模拟的恢复曲线、甘油溶液中 FITC-右旋糖酐的体外数据，以及活细胞中游离细胞质 GFP 的成像数据。与现有模型的系统比较表明，ImpRes 方法显著降低了对噪声和荧光归一化不完善的敏感性，同时对短时偏差（如瞬时探针光激活）保持稳健。鉴于其在真实实验条件下的稳健性及其实现的简便性，所提出的 FRAP 方法学为细胞质的定量分析提供了一种可靠工具。

细胞质内的扩散是众多生物过程的基础。荧光漂白后恢复（FRAP）是利用标准激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）定量活细胞中分子扩散率最常用的方法之一。然而，由于恢复动力学过快、信噪比较低、漂白后信号伪影以及影响归一化的空间限制等因素，准确测量快速细胞质扩散（通常 >10 m^2/s）具有挑战性。尽管这些单独的挑战已在特定情境中得到处理，但用于定量细胞质扩散率的简单且稳健的框架仍然缺乏。

在此，我们提出了一种专门设计用于克服这些障碍的 FRAP 方法学。通过利用高斯函数——即无限介质中扩散方程的脉冲响应（ImpRes）——我们的方法通过单方程三参数拟合过程，利用完整的时空数据集，从而摆脱了对小感兴趣区域和任意初始时间点的限制。该方法学在三类复杂程度逐步增加的数据集上得到了验证：计算机模拟的恢复曲线、甘油溶液中 FITC-葡聚糖的体外数据，以及游离细胞质 GFP 的活细胞成像。与现有模型的系统比较表明，ImpRes 方法显著降低了对噪声和不完美荧光归一化的敏感性，同时对短时偏倚（如瞬时探针光激活）保持稳健。鉴于其在真实实验条件下的稳健性以及实现的简便性，所提出的 FRAP 方法学为定量细胞质分析提供了一种可靠工具。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.14.744877v1?rss=1

🏷️ FRAP 细胞质扩散 活细胞成像 共聚焦显微镜 定量分析 方法学