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凤凰彩票唯一官方网站,记者3月17日从香港大学获悉,该校化学系教授孙红哲领导的跨学科研究团队研发出了可在活体细胞内标记标签蛋白的最新荧光探针。相关研究成果日前刊登于美国《国家科学院院刊》,新技术已申请了美国及欧洲的专利。

纳米生物技术可监控病毒感染过程

新华社北京7月26日电我国科学家近期在国际权威学术期刊《细胞》上在线发表一项重要成果。研究人员开发出一种新型、可基因编码的多巴胺荧光探针。据悉,该探针有望成为研究多巴胺相关神经环路的重要工具,为未来精准医疗和新型药物研发提供新路径。

华东理工大学等成功研发细胞代谢研究原创技术

《自然—光子学》

多年来,科学家致力于开发荧光标记技术来监测细胞内的标签蛋白。孙红哲团队研发的新荧光探针能有效穿透细胞膜,为探测细胞内蛋白分子的活动情况提供简单、低成本、高效快速的工具。新荧光探针可监测细菌、细胞及植物组织内的标签蛋白,可应用于追踪病菌在感染过程中的蛋白活动变化,侦测药物及其标靶蛋白质在细胞体内的反应,例如标靶药物对病菌及癌细胞的作用和成效、细菌抗药性等,有助于针对细菌抗药性的新标靶药物的研发。新荧光探针亦可应用于农业,帮助改良农产品品种。

■本报记者 鲁伟 通讯员 林毅 张志凌

多巴胺是大脑中一种重要的神经递质,在中枢神经系统中调控一系列关键的神经功能,包括学习、记忆、注意力、运动控制等。多巴胺失调会导致精神疾病或神经退行性疾病,如多动症、精神分裂症等。多巴胺相关的神经环路还是成瘾药物如可卡因等的作用靶点。

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独立多孔激光可用于细胞鉴别和标记

组氨酸标签蛋白系统是目前最常用的标记蛋白纯化与功能分析技术,科学家已建构出庞大的组氨酸标签蛋白数据库,并致力于开发荧光标记技术来监测组氨酸标签蛋白。但由于一般荧光探针跨膜性差、生产成本高昂以及大分子荧光标签可能对标记蛋白功能上带来恶性干扰等不利因素,荧光标记技术的发展受到了极大限制。

病毒性疾病严重威胁着人类健康,深刻认识和理解病毒感染过程及致病机制是病毒性疾病防治的重要基础。研究病毒感染过程通常基于荧光标记技术,但是常用的荧光蛋白及传统荧光染料往往容易发生光漂白,难以长时间动态跟踪整个感染过程。

为更好地研究多巴胺在生理和病理中的作用,研究人员需实时检测活体内特定脑区的多巴胺信号变化。然而,传统检测手段由于缺乏足够的时间和空间分辨率、难以精确反映神经递质的真实动态信息等缺陷,往往不能满足研究需求。

华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室、药学院杨弋教授、赵玉政研究员课题组与中国科学技术大学刘海燕教授课题组合作开发了一系列特异性检测细胞核心代谢物NADPH的高性能遗传编码荧光探针iNap,实现了在活体、活细胞及各种亚细胞结构中对NADPH代谢的高时空分辨检测与成像。6月5日,相关研究成果以“研究长文”的形式在线发表于国际权威学术期刊《自然-方法》(Nature Methods)。

《自然—光子学》在线报道了一种独立多孔激光的研发,为了标记生物细胞和监测其健康状况提供了一种新方法。

孙红哲团队的工作为标记活体细胞内的组氨酸标签蛋白提供了快速及可靠的手段。经过三年不断的尝试,研究团队开发出目前为止唯一可在活体细胞内标记组氨酸标签蛋白的小分子荧光探针,生产成本大幅下降至现今技术的1/4,是活细胞荧光标记及成像方面的一个重大突破。

在“纳米研究”国家重大科学研究计划的支持下,围绕“量子点标记技术研究病毒侵染过程及宿主应答”项目,来自武汉大学,中国科学院武汉病毒研究所、长春应化所、深圳先进技术研究院,以及北京理工大学等单位的专家,自2011年1月开始开展了有益的探索,并取得了重要进展。

为此,北京大学生命科学学院李毓龙研究组联合多个研究团队,开发出了可基因编码的多巴胺探针,将对结构变化敏感的荧光蛋白嵌入多巴胺受体,使多巴胺这一化学信号转化为荧光信号,再结合现有的成像技术,即可实时监测多巴胺浓度的动态变化情况。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH/NAD )及其磷酸化形式(NADPH/NADP ),作为生物体内两对最重要的辅酶和核心代谢物,常被用作评价细胞代谢状态的关键指标,与衰老及相关疾病如癌症、糖尿病、肥胖症、心脑血管疾病、神经性退行性疾病等的发生发展密切相关。长久以来,细胞代谢的检测主要依赖酶学、色谱、质谱等,这些方法不仅破坏了细胞或生物体的完整性,更难以应用于高通量筛选。为了解决这一重要科学难题,2011年,杨弋教授团队利用合成生物学方法开发了一系列遗传编码的NADH荧光探针,实现了在活细胞及各种亚细胞结构中对NADH分子的实时动态、特异性的检测与成像。2015年,该团队又报道了可同时检测NAD ,NADH及其比率的第二代细胞代谢荧光探针SoNar,像火眼金睛一样,可察觉到癌细胞与正常细胞的微细代谢差异,并进一步建立了细胞代谢荧光探针在单细胞、活体动物成像及高通量药物筛选方面的系统研究方法。

发光探针,比如荧光染料和蛋白,是一类有用的生物化学感应工具。但是这类探针的发射光谱相对较宽,从而很难区分生物组织中分子的宽背景发射光谱。

据该项目首席科学家、武汉大学化学与分子科学学院教授庞代文介绍,以半导体荧光量子点为代表的性能优异的纳米标记材料,可望克服现有荧光标记材料的不足,为实时动态跟踪病毒感染宿主细胞这一复杂的动态生物学过程提供新途径。

“这相当于有一个很好的蜡烛,能够点亮常常看不见、摸不着的多巴胺,通过成像的方法看到其动态变化。”北京大学生命科学学院研究员李毓龙说。据悉,研究团队对探针进行了优化,使其具有极高的分子特异性和时空分辨率。此外,还开发出了两种版本的探针,适用于多巴胺释放量不同的脑区。

NADH和NADPH的荧光光谱相似,但是二者的生理功能却显著不同。NADH主要参与物质能量代谢,而NADPH主要参与合成代谢以及抗氧化,传统的自发荧光分析方法很难区分这两种小分子。在第二代NADH荧光探针SoNar的基础上,研究团队通过对底物结合蛋白的理性设计和改造,开发了一系列特异性检测NADPH的高性能遗传编码荧光探针iNap,实现了在活体、活细胞及各种亚细胞结构中对NADPH代谢的高时空分辨检测与成像。利用iNap,研究团队精确测定了癌细胞内不同亚细胞结构中NADPH水平,发现其水平受NAD激酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶G6PD活性调节,并进一步证明氧化应激时癌细胞内NADPH代谢受葡萄糖水平的动态调节。同时,研究人员提出了哺乳动物细胞有很强的维持生理NADPH稳态的观点。研究团队发现人体内源性类固醇激素DHEA通过抑制G6PD活性和激活AMPK活性,对NADPH代谢实现双向调节作用。鉴于AMPK信号通路在衰老、糖尿病、肥胖症以及癌症中的重要角色,这一研究结果有望破解DHEA作为一种药物和膳食补充剂在这些疾病方面发挥出的有益作用。此外,iNap也指示NADPH代谢与巨噬细胞免疫激活以及机体创伤反应密切相关。NADPH作为细胞内的还原力,在生理或病理条件下发挥重要角色。细胞代谢荧光探针iNap,不仅可应用于抗氧化、AMPK、脂肪酸合成等代谢途径与通路分析,也可用于衰老及相关疾病创新药物的发现。

Seok Yun和Matja Humar等人通过实验成功展示了他们将数滴混合了荧光染料的油类或脂类注入细胞中,从而让普通细胞转变成微型激光器。这些液滴相当于小型球形激光空穴,起着限制光线的作用,当细胞被光的短脉冲刺激时,便会发射激光。重要的一点是,激光的确切波长取决于细胞内的机械应力水平,这为检测细胞内的细胞质应力提供一种灵敏的方法。此外,利用不同尺寸大小的荧光聚苯乙烯液珠代替之前的液滴,研究人员发现激光的颜色可以改变,因而可以对某个细胞进行特定的鉴定或标记。从原理上说,该方法可以扩展应用于数千个细胞的独立标记。

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