监视细胞的饮食习惯可能有助于癌症的诊断 诸平 据爱丁堡大学( University of Edinburgh )2019年4月8日提供的消息,科学家已经开发了一种新的成像技术,可以看到细胞吃什么,这可能有助于癌症等疾病的诊断和治疗。 Scientists have developed a new imaging technology to visualize what cells eat, which could aid the diagnosis and treatment of diseases such as cancer. The team has designed chemical probes that light up when they attach to specific molecules that cells eat, such as glucose. Credit: The University of Edinburgh 研究小组设计了一种化学探针,当它们附着在细胞所吃的特定分子 (如葡萄糖)上时就会发光。研究人员使用显微镜观察活斑马鱼胚胎中吞噬葡萄糖的细胞,是因为这些细胞透明且易于观察。他们发现这项技术也适用于在实验室中生长的人类细胞。研究人员指出,他们的方法可以很容易地应用于研究对健康和疾病都很重要的其他分子。所有细胞都依靠葡萄糖和其他分子生存。如果一个细胞的饮食习惯发生改变,这可能就是疾病的警告信号。 研究人员表示,这项新技术可以帮助检测人体组织中细胞饮食习惯的微小变化,从而更容易更快地发现疾病。医生还可以利用这项技术,通过追踪健康细胞和患病细胞吞噬的分子,来监测病人对治疗的反应。 这项研究结果发表在《应用化学》(Angewandte Chemie)杂志上—— Sam Benson , Antonio Fernandez , Nicole Barth , Fabio de Moliner , Mathew Horrocks , C Simon Herrington , Jose Luis Abad , Antonio Delgado , Lisa Kelly , Ziyuan Chang , Yi Feng , Miyako Nishiura , Yuichiro Hori , Kazuya Kikuchi , Marc Vendrell . SCOTfluors: Small, Conjugatable, Orthogonal and Tunable Fluorophores for in vivo Imaging of Cell Metabolism, Angewandte Chemie International Edition (2019). DOI: 10.1002/anie.201900465 此研究是 由苏格兰医学研究( Medical Research Scotland )、生物技术和生物科学研究委员会( Biotechnology and Biological Sciences Research Council ) 以及欧洲研究委员会 ( European Research Council )资助。英国皇家学会 (Royal Society)和维康信托基金(Wellcome Trust)也提供了资金。 爱丁堡大学 (University of Edinburgh)生物医学成像高级讲师马克·文德雷尔(Marc Vendrell)博士说:“我们很少有方法来测量细胞吃什么来产生能量,也就是我们所知的细胞代谢。”我们的技术允许我们通过显微镜同时在活细胞中检测多种代谢物。“这是了解患病细胞代谢的一个非常重要的进展,我们希望它将有助于开发更好的治疗方法。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。
美国科学院院士、哈佛大学教授 David A. Weitz暑假来访 2015年8月24日上午,应崔胜研究员邀请,David A. Weitz 教授给大家作了题为“Drop-based microfluidics for diagnostic applications”的学术报告。David A. Weitz 是美国哈佛大学(Harvard University)工程与应用科学学院教授,美国科学院院士、美国艺术与科学学院院士,学术成就斐然。Weitz自1999年在美国哈佛大学工程与应用科学学院任教授,2001年至今兼任美国哈佛材料研究科学与工程中心主任,2006年至今兼任美国哈佛大学系统生物学系教授。迄今,Weitz已发表学术期刊论文400多篇,其中在Science, Nature,Nature Materials等刊物上发表近30篇,申请发明专利56项,应邀在世界各地做过500多次邀请学术报告。Weitz教授是国际上软湿功能材料、胶体微粒系统、生物物理与生物材料、微流控等研究领域的知名专家,具有显著的国际影响力。 David A. Weitz 教授首先介绍了 微流体操作技术 ( Microfluidics )基本原理,展示了微液滴的制备、包装、融合和分选等基本操作技术。随后,他着重讲述了微流体技术在医学研究中的应用,主要体现了微流体学在单分子,单病毒和单细胞水平上的分析能力。利用微流体技术能够便捷的制备数以百万、体积均一的微液滴。每一个微液滴(最小仅几个皮升Picoliter)都可以成为独立的生化反应器,能够直接在微液滴中进行生化反应(如dPCR)。当被测样品被充分稀释的情况下,即被测量目标数量远小于微小液滴数量时,微流体技术能够确保每一个微液滴最多包装一个被测目标(根据制备液滴大小可以包装一个蛋白质/核酸分子、病毒或细胞)。接下来,这些微液滴被转入试管进行生化反应,反应产物所携带的信号(如荧光等)可用于微液滴的分选、分离和富集,然后进行下一步分析和鉴定(如深度测序等)。由于微流体技术实现了微小空间内的化学反应,因此该技术体系较传统实验体系具有两个明显优势:(1)在样品量极低的情况下能够保持底物高浓度,从而提高检测灵敏度;(2)能实现单个分子、单个病毒或细胞的检测,从而获得被测目标个体的信息,可探索个体之间差异。 在应用方面, Weitz接下来给大家讲述了几个经典案例。CTCs(Circulating Tumor Cells)的检测是肿瘤诊断的关键。少数肿瘤细胞能够由癌组织渗透到血液中形成CTC,随后通过循环系统扩散,引起肿瘤的扩散和复发。CTCs检测技术难点在于CTC在血液中存在量极低。例如,肿瘤患者每毫升血液有数以亿计的细胞,其中可能仅存在1个CTC。通过去除血液中普通血细胞之后仍然剩下约一百万个细胞。利用 微流体技术 将这些细胞分别包装到不同的微液滴中,然后进行原位裂解和dPCR反应即可成功的检出CTC标识基因。这一案例显示了基于微流体技术高灵敏度检测能力。在研究病毒耐药进化方面,利用微流体技术可以实现将一个单细胞、病毒和中和性抗体同时包装在一个微液滴中并进行原位培养。由于中和性抗体的存在,大部分液滴中的细胞受到保护,仅有非常少数的病毒通过突变获得了逃逸抗体中和活性的能力,因而这些液滴中和细胞发生了裂解。由于发生裂解和未发生裂解的液滴能够利用微液滴分选技术自动筛选和分离,这些液滴中的病毒基因组可分别通过PCR技术扩增并进行深度测序,最终可揭示一系列病毒个体耐药突变耐药的机理,揭示病毒在没有竞争环境中进化规律。
纳米线捕获蛋白质用于疾病诊断:快、准、廉 诸平 根据 丹麦哥本哈根大学( University of Copenhagen ) 网站2013年10月3日的新闻报道,该大学化学系及纳米科学中心,生物纳米技术和纳米医学实验室( Bio-Nanotechnology andNanomedicine Laboratory, Department of Chemistry Nano-Science Center )以及尼尔斯 · 玻尔 (Niels Bohr) 研究所纳米科学中心及量子设备中心( Nano-Science Center Center for Quantum Devices, Niels Bohr Institute )的研究人员已经用于纳米材料开发出一种可以用于疾病诊断的新方法,其特点是快而准,且成本低廉。不管是血液还是尿液,其中某些成分的细微变化与某种疾病有着千丝万缕的联系,但是苦于变化之微,常规的分析检测方法无法利用。如果对于异常的微妙变化能够及早发现,进行及早防治,那么就可以挽救许多患者的生命,也可以为家庭和社会节约更多的医疗费用开支,真可谓是利国利民的大好事。 哥本哈根大学的研究人员 , 他们将用于物理领域研究纳米生物学的先进工具结合在一起 , 虽然物理学与生物学两个学科通常相差甚远。许多疾病可用生物标记物来诊断。例如 , 可以测量血液样本中有些物质(生物标记物)来判断病人患有何种疾病。这些生物标记通常就是在血液中可以发现的蛋白质,但是因为其微量很难检测到它们。如果能够对其进行精确测量,那么对于许多疾病的诊断就会更精准、有许多疾病就可以在患者出现严重症状之前早发现,及早进行治疗或者预防。 下面图片中左侧是纳米线森林的电子显微镜图像;中间是单个纳米线与从溶液中捕获了不同类型蛋白质 ( 绿色分子 ) 、单独蛋白质 ( 红色分子 ) 结合在一起;而右侧是蛋白质被捕获在纳米线上的典型的荧光显微镜俯视图像。 Left: Electron microscope image of nanowire forest. Middle: Diagram of a single nanowire with proteins (red molecules) which captures a different type proteins (green molecules) from a solution. Right: Typical fluorescence microscope image of proteins captures on nanowires (seen from above). 哥本哈根大学化学系纳米科学中心( Nano-Science Center, Department ofChemistry, University of Copenhagen )的博士生 KatrineR. Rostgaard 认为,他们已经开发出一种优化蛋白质的分析方法 , 该方法的要点之一就是使用纳米线来捕获蛋白质,以便进行分析,这种分析方法被认为是独一无二的。研究人员当他们需要分析蛋白质时 , 通常用小模板来持有蛋白质 , 但通过使用圆柱形结构纳米线,其直径约为人头发的千分之一 , 不仅可以对非常稀少的蛋白质进行捕获,而且对样品还添加了一个第三维度。纳米线竖立起来像个小森林一样 , 创造一个更大的表面积来持有蛋白质 , 因为他们可以附着于纳米线的各个方位。 KatrineR. Rostgaard 就他们在 Nanoscale ( Impact Factor 6.233 )发表的研究方法谈到,随着表面积的增大,研究人员就可以一次同时容纳更多的蛋白质,这使得同时测量多个生物标志物完全有可能实现,并使其信号增强 , 从而提供了更高质量的诊断结果。 这项研究是在纳米尺度上完成,样品用量甚少。纳米线森林被用来直接捕获研究人员想要研究的蛋白质。当检查这些蛋白质时 , 研究人员可以对相同的蛋白质通过重用纳米线执行多个测试。这与传统的方法相比简化了实验室大量的工作流程 , 研究人员对于每次执行一个新的分析任务,仅需要使用一个新的模板来捕获蛋白质。通过这种方式 , 有助于使诊断过程更加环保、经济上有利于产业化实施。更多信息请浏览原文—— Katrine R. Rostgaard, Rune S. Frederiksen,Yi-Chi C. Liu, Trine Berthing, Morten H. Madsen, Johannes Holm, Jesper Nygård,Karen L. Martinez. Vertical nanowire arrays as a versatile platform for proteindetection and analysis . Nanoscale, 2013, DOI: 10.1039/C3NR03113F. First published online 22 Aug 2013.