北京大學化學與分子工程學院陳鵬教授與樊新元研究員領銜的研究團隊，在細胞間相互作用（cell-cell interactions）的精準定量分析領域取得重大突破。他們成功開發(fā)出一種基于生物正交光催化反應的新型活細胞標記技術，實現(xiàn)了在復雜生理環(huán)境下對特定細胞亞群間互作行為的原位、實時、定量捕獲與解析。這項被簡稱為“cat cell”的技術，為免疫學、神經(jīng)科學、發(fā)育生物學及腫瘤微環(huán)境等前沿研究提供了強大的工具，相關成果已發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然·化學生物學》。
長期以來，精確解析細胞間動態(tài)、瞬時的物理接觸與信號交流，是生命科學領域的核心挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)方法如熒光顯微鏡成像或流式細胞術，往往難以區(qū)分緊密接觸的細胞與真正發(fā)生功能性互作的細胞，更無法在原位對互作界面進行分子水平的標記與定量。陳鵬-樊新元團隊創(chuàng)新性地將“生物正交化學”與“光催化”理念相結合，巧妙地解決了這一難題。
該技術的核心原理在于其精妙的設計：研究團隊首先利用基因編碼技術，在目標細胞（如T細胞）的膜表面特異性地展示一種稱為“受體”的生物正交官能團。他們設計了一種光敏催化劑，該催化劑能夠被另一種細胞（如抗原呈遞細胞）選擇性攝取或標記。當這兩類細胞在生理條件下相遇并發(fā)生緊密接觸時，研究人員使用特定波長的低能量可見光進行局部照射。光能激活催化劑，驅(qū)動其與鄰近細胞膜上的“受體”發(fā)生快速、特異的生物正交反應，從而在真實的細胞-細胞接觸界面共價連接上一個熒光報告基團或其他功能探針。
這一過程具有高度的時空可控性、選擇性與生物正交性（即不干擾正常的生命活動），因此被命名為“光催化激活的靶向細胞標記”（catalytically activated targeting of cell-cell interactions, 簡稱cat cell）。其突出優(yōu)勢體現(xiàn)在：
- 高時空精度：僅當細胞接觸且被光照時才會發(fā)生標記，實現(xiàn)了對互作事件“時”與“空”的精準控制。
- 活細胞兼容：使用生物相容性的可見光催化，避免了紫外光損傷，可在活體或復雜組織環(huán)境中應用。
- 定量能力強：標記信號的強度與細胞接觸的緊密程度或面積相關，為互作強度提供了定量化指標。
- 通用性與可拓展性：該平臺可通過替換不同的“受體”與催化劑前體，實現(xiàn)對多種膜蛋白互作、代謝物交換甚至細胞間納米管連接等不同互作模式的標記與探究。
在驗證實驗中，團隊成功利用cat cell技術清晰地可視化并定量分析了免疫突觸（T細胞與抗原呈遞細胞之間的關鍵互作結構）的形成動力學，并揭示了此前難以捕捉的瞬時性免疫細胞相互作用網(wǎng)絡。該技術不僅能夠“看到”細胞是否互作，更能“測量”互作的強弱與模式，為理解免疫應答、神經(jīng)信號傳遞、腫瘤免疫逃逸等過程中細胞通訊的分子機制打開了全新的窗口。
陳鵬教授表示：“cat cell技術就像給細胞間的‘握手’行為安裝了一個特制的‘閃光燈’和‘記錄儀’，只有在真正接觸并給予信號時才會留下不可磨滅的、可量化的‘合影’。這使我們能夠以前所未有的清晰度解讀細胞社交的語言。”樊新元研究員補充道：“這項工作是化學生物學工具驅(qū)動生命科學問題研究的典范。它源于基礎化學反應的創(chuàng)新，最終服務于對生命過程本質(zhì)的探索。”
業(yè)內(nèi)專家評價，這一技術是細胞生物學研究方法學上的重要革新，其提供的定量化、原位互作信息將極大推動對多細胞生物體系功能原理的理解，并在藥物研發(fā)（如免疫療法、細胞療法）的效評估與機制研究中展現(xiàn)出廣闊的應用前景。團隊計劃進一步優(yōu)化該技術的靈敏度與分辨率，并探索其在活體動物模型乃至臨床樣本中的應用，持續(xù)推動化學與生命科學的交叉融合。
