您的位置:澳门金莎娱乐网址 > 生命科学 > 萤火虫光助力医疗诊断,科学家通过生物发光实

萤火虫光助力医疗诊断,科学家通过生物发光实

发布时间:2019-08-29 08:07编辑:生命科学浏览(118)

    图片 1

    KaiJohnsson在EPFL的实验室,由AlbertoSchena和RudolfGriss带领,在萤光素酶上添加了一个小的化学标签。当这个标签检测到一个目标蛋白时,荧光素酶就发出用肉眼可以看到的光信号。

    图片 2

    核心提示:1. Western Bloting概念:Western免疫印迹(Western Blot)是将蛋白质转移到膜上,然后1. Western Bloting概念:Western免疫印迹(Western Blot)是将蛋白质转移到膜上,然后利用抗体进行检测。对已知表达蛋白,可用相应抗体作为一抗进行检测,对新基因的表达产物,可通过融合部分的抗体检测。 原理:Western Blot采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳,被检测物是蛋白质,“探针”是抗体,“显色”用标记的二抗。经过PAGE分离的蛋白质样品,转移到固相载体(例如硝酸纤维素薄膜)上,固相载体以非共价键形式吸附蛋白质,且能保持电泳分离的多肽类型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作为抗原,与对应的抗体起免疫反应,再与酶或同位素标记的第二抗体起反应,经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离的特异性目的基因表达的蛋白成分。该技术也广泛应用于检测蛋白水平的表达。2. 免疫组化概念:应用免疫学及组织化学原理,对组织切片或细胞标本中的某些化学成分进行原位的定性、定位或定量研究,这种技术称为免疫组织化学技术或免疫细胞化学技术。原理:几种常用免疫组织化学方法的原理1 免疫荧光方法 是最早建立的免疫组织化学技术。它利用抗原抗体特异性结合的原理,先将已知抗体标上荧光素,以此作为探针检查细胞或组织内的相应抗原,在荧光显微镜下观察。当抗原抗体复合物中的荧光素受激发光的照射后即会发出一定波长的荧光,从而可确定组织中某种抗原的定位,进而还可进行定量分析。由于免疫荧光技术特异性强、灵敏度高、快速简便,所以在临床病理诊断、检验中应用比较广。2 免疫酶标方法免疫酶标方法是继免疫荧光后,于60年代发展起来的技术。基本原理是先以酶标记的抗体与组织或细胞作用,然后加入酶的底物,生成有色的不溶性产物或具有一定电子密度的颗粒,通过光镜或电镜,对细胞表面和细胞内的各种抗原成分进行定位研究。免疫酶标技术是目前最常用的技术。本方法与免疫荧光技术相比的主要优点是:定位准确,对比度好,染色标本可长期保存,适合于光、电镜研究等。 免疫酶标方法的发展非常迅速,已经衍生出了多种标记方法,且随着方法的不断改进和创新,其特异性和灵敏度都在不断提高,使用也越来越方便。目前在病理诊断中广为使用的当属PAP法、ABC法、SP法等。3 免疫胶体金技术免疫胶体金技术是以胶体金这样一种特殊的金属颗粒作为标记物。胶体金是指金的水溶胶,它能迅速而稳定地吸附蛋白,对蛋白的生物学活性则没有明显的影响。因此,用胶体金标记一抗、二抗或其他能特异性结合免疫球蛋白的分子等作为探针,就能对组织或细胞内的抗原进行定性、定位,甚至定量研究。由于胶体金有不同大小的颗粒,且胶体金的电子密度高,所以免疫胶体金技术特别适合于免疫电镜的单标记或多标记定位研究。由于胶体金本身呈淡至深红色,因此也适合进行光镜观察。如应用银加强的免疫金银法则更便于光镜观察。3.Elisa 原理:ELISA的基础是抗原或抗体的固相化及抗原或抗体的酶标记。结合在固相载体表面的抗原或抗体仍保持其免疫学活性,酶标记的抗原或抗体既保留其免疫学活性,又保留酶的活性。在测定时,受检标本(测定其中的抗体或抗原)与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与液体中的其他物质分开。再加入酶标记的抗原或抗体,也通过反应而结合在固相载体上。此时固相上的酶量与标本中受检物质的量呈一定的比例。加入酶反应的底物后,底物被酶催化成为有色产物,产物的量与标本中受检物质的量直接相关,故可根据呈色的深浅进行定性或定量分析。由于酶的催化效率很高,间接地放大了免疫反应的结果,使测定方法达到很高的敏感度。 分类:ELISA可用于测定抗原,也可用于测定抗体。在这种测定方法中有三个必要的试剂:固相的抗菌素原或抗体,即'免疫吸附剂'(immunosorbent);酶标记的抗原或抗体,称为'结合物'(conjugate);酶反应的底物。根据试剂的来源和标本的情况以及检测的具体条件,可设计出各种不同类型的检测方法。4.流式细胞技术概念:流式细胞术 是70年代发展起来的一种利用流式细胞仪对细胞等生物粒子的理化及生物学特性(细胞大小、DNA/RNA含量、细胞表面抗原表达等)进行定量、快速、客观多参数相关检测分析的新技术。它借鉴了荧光显微镜技术与血球计数原理,同时利用荧光染料,激光技术,单抗技术以及计算机技术的发展,大大提高了检测速度与统计精确性,而且从同一个细胞中可以同时测得多种参数,为生物医学与临床检验学发展提供了一个全新的视角和强有力的手段。 FCM的基本原理 1、流式细胞仪系统流程: 标本→激光系统→流动系统→信号处理系统→放大系统→计算机系统→结果打印 2、基本原理: 待测标本制备成单细胞悬液通过荧光染色后进入充满鞘液的流动室,鞘液压力与样品流压力是不同的,当二者的压力差异达到一定程度时,鞘液裹挟着样品流中细胞排成单列逐个经过激光聚焦区。如果我们将细胞中感兴趣的部分特异性的标上荧光染料,那麽这些染料将在细胞通过激光检测区时受激光发出特定波长的荧光,通过一定波长选择通透性的滤色片,我们可将不同波长的散射光、荧光信号区分开来,并送到不同的光电倍增管中,经过一系列的信号转换、放大,数字化处理,我们就可以在计算机直观的统计染上各种荧光染料的细胞各自的百分率。选择不同的单克隆'>克隆抗体及荧光染料,我们可以利用FC同时测定一个细胞上的多种不同特征;如果对具有某种特征的细胞有兴趣,我们还可以利用流式的分选功能将其分选出来,以便进一步培养、研究。 3、意义: FCM与单克隆'>克隆抗体结合,可对细胞表面和细胞内抗原、癌基因蛋白及膜受体进行定量检测,成为临床检验与研究的重要指标。流式免疫荧光技术不仅能将表达位点的细胞群区分开来,而且还能进一步区分各细胞亚群。对免疫功能障碍、造血系统疾病及恶性肿瘤的研究、诊断、治疗和预后评估都能起到重要作用

    我在这!它们的光芒使萤火虫对同龄人可见。这个明亮的概念现在巧妙地使研究人员可用于检测某些生物分子,例如癌症中出现的生物分子。在一项发现中,新开发的系统,测试样本中萤火虫的发光酶被定位“点击”。以这种方式,可以用肉眼进行诊断。

    但是这一成果还有着更广泛的意义。KaiJohnsson说:“这是一种通用化的设计。它为我们展示了如何利用合成化学,来制备精巧的生物传感器蛋白。”

    DOI:10.1038 / s41592-019-0421-z

    该Biopatent萤火虫是基于一个关键分子 - 所谓的荧光素酶。这种酶的活性最终会触发发光效果。现在研究人员已经成功地将与特异性结合生物分子的那些被诊断某些标记的荧光素酶。“荧光素酶标志物复合物是半有机的,半合成的,” Johnsson的说。概念的亮点,只要荧光素酶和标记物质相关联,所述酶的光产生活性被阻断。只有当复合物结合到目标分子,联想打破了和荧光素酶可以执行其功能。如果检测系统在样品中找到其目标,则它开始发光。研究人员表示,照明效果足够强大用肉眼做出诊断。因此,该方法不需要其他装置或程序。

    该团队已被证明具有这一领域的专业知识:2014年,他们开发了一种快速而简易的药物监测分子,并促成了一个新成立的公司Lucentix。跳出条条框框进行思考,他们完全绕开了蛋白质工程的痛苦:不是让荧光素酶发生突变从而对靶蛋白敏感——这将需要巨大的劳动力,而是将它附加到一个小的化学标签上。

    BiGluc可用于了解不同肿瘤的代谢需求,为产生新的、有效的治疗开辟道路。这种新的光探针不具有放射性,可以在活体上工作,只需两针注射和一个摄像头就能够获知肿瘤的最新糖代谢情况。

    “这个概念是一个基本设计,”Johnsson说。它可用于开发特定靶分子的各种生物传感器。“你所要做的就是为要诊断的分子开发一种特异性标记,”研究人员说。系统的发光机制保持不变:如果检测到,灯开关被触发,样品传播萤火虫。

    Nature子刊:萤火虫光助力医疗诊断 在生物学和医学中,我们经常需要检测生物分子。例如,在癌症诊断中,医生需要快速、可靠的方法,了解肿瘤细胞是否存在于患者体内。尽管已经存在这样的检测方法,但是它们往往需要大量的时间、工作和金钱。最近,瑞士洛桑联邦理工学院的科学家,对负责萤火虫发光的酶进行了细微的化学调整,让它“寻找”目标生物分子并发出光信号。基于此,研究小组开发出一种廉价、简单和高精度的检测系统,可能会改变这一研究领域的现状。相关研究结果发表在最近的《NatureCommunications》杂志。延伸阅读:新的DNA分析技术可加速肿瘤等疾病的诊断。

    Goun设计两种点击分子,一种是糖分子,另一种是“笼状”荧光素分子。这种发光化合物在萤火虫体内很常见。一旦被标记的糖分子被肿瘤“吃掉”,它就会通过“点击”反应与这种“笼状”荧光素发生相互作用,产生与进入细胞的糖量成比例的生物荧光。

    对于生物学和医学,检测样品中的某些物质至关重要。例如,在癌症诊断中,医生必须能够确定肿瘤细胞是否存在于患者体内。尽管已经有适当的诊断程序,但它们既费时又费力,而且成本高昂。由洛桑联邦理工学院的Kai Johnsson领导的研究人员开发的检测系统现在可以提供廉价替代品。

    当荧光素酶检测到它的靶蛋白时,它的激活完全足够大,因此用肉眼就可以看到。这意味着,该系统不需要昂贵和复杂的读出设备。

    萤火虫的启发

    KaiJohnsson说:“你可以把标记的荧光素酶看作一个机器分子。半生物,半合成。你如何仅仅通过突变就能使荧光素酶对另一种蛋白质的存在变得敏感?这需要很大的工作量。有了这种化学方法,我们要操心的是,设计一个合适的、可以识别目标蛋白的标签。”

    令人兴奋的是,Goun团队已经为开发超敏感成像平台打下了基础。该平台可以量化许多重要代谢物的摄取,这些代谢物在多种人类疾病中发挥着核心作用。或许在不久的将来,很多癌症将会得到更加有效的治疗。

    这个标签作为一个开关:它会阻断荧光素酶,防止它产生光。当标签检测到目标蛋白时,它反而附加到上面,将障碍物从荧光素酶上移除。其结果是,荧光素酶可以自由地打开光,这种信号表示目标已经被发现。简而言之,科学家研制出了一种化学方案来解决生物学问题。

    两种化合物之间的反应产生生物发光, 但只发生在表达荧光素酶的肿瘤代谢糖的地方。将CCD相机传感器指向身体,就可以获得肿瘤代谢水平的快照。产生的生物发光与代谢糖的量成正比。

    联邦洛桑理工学院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne,EPFL)生物有机化学和分子成像实验室的化学家Elena Goun受萤火虫发光的启发,发明了一种新的成像技术能够实时监测量化糖代谢,能够帮助了解肿瘤代谢的最新情况和开发有效的癌症治疗方法。该研究结果发表在《Nature Methods》杂志上。

    Goun说:“我们的新型光学成像技术具有很高的临床适用性。它是非放射性的,高度敏感并且可量化。值得注意的是,这些试剂多年来都是稳定的,发光可以被观察好几个小时。”

    Goun 表示:“我们想开发一种工具来实现更有效的癌症治疗。新的成像技术让我们能够实时量化糖的代谢量,提供肿瘤代谢相关的有价值信息,以及分析可能剥夺肿瘤主要能量来源的药物类型。”

    图片 3

    由于BiGluc的广泛性,它还可以从癌症扩展到许多其它病理学上具有功能障碍的重要细胞。因此,BiGluc 能在检测一些疾病中的代谢变化起着关键作用,如糖尿病、神经退行性疾病、非酒精性脂肪性肝炎等。

    Elena Goun图片来源:EPFL

    她将萤火虫成像技术命名为BiGluc,即“生物发光葡萄糖”的缩写。

    图片 4

    BiGluc成像助力癌症治疗

    “吃”多少糖,发多少光

    接下来,在小鼠中注射第一种化合物,这种化合物在血液中不易分解。二十四小时后,注入第二种化合物,该化合物仅在特定的条件下才能与第一种化合物反应。

    当遇到困难时,去亲近大自然吧! 神奇的自然界总会给你新的启发。

    由于癌症代谢率较高,因此需要消耗大量的糖。糖的代谢是癌症生长和转移很重要的燃料,但由于缺乏具体可操作的工具,人们对这一过程知之甚少。

    Goun和她的团队从萤火虫发光的方式中找到了灵感,将其与“点击化学”结合起来。“点击化学”是化学生物学的一个分支。在“点击化学”中,生物相容的分子被设计“点击”在一起,在复杂的生物体环境中可以直接发生特定的反应。

    以一只带有荧光素酶标记肿瘤的老鼠为例。表达荧光素酶的肿瘤是通过从患者体内取出癌性肿瘤样品制成的。研究人员用荧光素酶(一种产生生物发光的氧化酶)对肿瘤细胞进行化学标记。让这些标记过的细胞在小鼠中生长,以了解癌症的基本情况,从而进行有效的癌症治疗。

    本文由澳门金莎娱乐网址发布于生命科学,转载请注明出处:萤火虫光助力医疗诊断,科学家通过生物发光实

    关键词: