2026年1月10日，我院刘妍教授团队在化学领域国际顶级综合性期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）（中科院一区，IF=17）在线发表题为《A Novel Acetylcholine Nanosensor for Single Vesicle Storage and Sub-quantal Exocytosis in Living Neurons and Organoids》（新型乙酰胆碱纳米传感器用于活神经元及类器官中单囊泡储存与亚量子胞吐分析）的研究论文。该研究构建的高时空分辨率纳米传感器平台，为胆碱能系统研究及神经疾病机理探索提供了突破性技术支撑。
乙酰胆碱（ACh）作为人体关键神经递质，通过突触传递精准调控认知、肌肉收缩等多种核心生理过程，其储存与释放异常是阿尔茨海默病、唐氏综合征等神经相关疾病的重要诱因。长期以来，单细胞水平单囊泡ACh储存与释放动态的原位定量分析一直是领域内重大技术挑战。传统方法难以捕捉单囊泡储存与释放的异质性特征，无法精准解析胆碱能突触可塑性在生理与病理状态下的调控机制，严重制约了相关疾病发病机理的研究与干预策略的开发。
针对这一技术瓶颈，刘妍教授团队创新性地研发了MXene/酶功能化（M@E@CF）纳米传感器，通过MXene材料优异的导电性与酶分子的特异性识别能力，实现了对ACh的高灵敏度、高选择性实时检测。该传感器成功应用于小鼠原代胆碱能神经元与人脊髓类器官模型，首次明确证实小鼠和人源神经元中均存在亚量子释放模式（sub-quantal release mode）。为进一步揭示胞吐动力学调控规律，团队引入一维卷积神经网络（1D-CNN）深度学习模型，基于信号峰形特征对单囊泡胞吐模式进行精准分类，发现不同模式下神经递质释放分子数量与动力学参数存在显著差异。在唐氏综合征模型中，研究团队首次观察到单囊泡ACh储存与释放量显著降低、释放比例升高，且胞吐过程中融合孔持续时间缩短等关键病理特征，为唐氏综合征神经功能异常的机制研究提供了直接实验依据。
该研究构建的M@E@CF纳米传感器平台，凭借高时空分辨率优势，实现单细胞水平ACh单囊泡储存与释放动态的原位定量监测，不仅填补了传统方法在该领域的空白，更为解析胆碱能系统生理功能、揭示神经疾病病理机制、筛选潜在治疗靶点开辟了全新路径。
我院刘妍教授、朱婉莹副教授及基础医学院郭兴教授为该论文的共同通讯作者；朱婉莹副教授与我院2024级博士生张羽帆为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金青年A类（原杰青）项目、重点项目、面上项目，国家重点研发计划项目，江苏省优秀青年科学基金项目等的资助。同时，该工作获得了瑞典哥德堡大学Andrew Ewing教授、南京信息工程大学张一洲教授、南京师范大学李昺之副教授和我院辛洪亮教授的大力支持和帮助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202520854
（撰稿/刘妍课题组；审核/陈宏山）
