陳興和黃巖誼課題組開(kāi)發(fā)活細(xì)胞成像新技術(shù)
時(shí)間：2021-04-06 16:51:03學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
活細(xì)胞熒光成像是生命科學(xué)中不可或缺的研究工具。在熒光成像實(shí)驗(yàn)中，研究人員通常需將一個(gè)熒光團(tuán)連接于細(xì)胞中的目標(biāo)生物分子上。常用的熒光團(tuán)包括熒光蛋白、量子點(diǎn)和小分子熒光染料等。其中，尺寸最小的小分子染料約為幾個(gè)納米，而多數(shù)生物分子本身的尺寸即在納米級(jí)別。因此，如何進(jìn)一步減小熒光團(tuán)的尺寸，從而降低熒光標(biāo)記對(duì)目標(biāo)分子生物學(xué)功能的干擾是活細(xì)胞成像技術(shù)發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。
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??? 最近，北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳興課題組與生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心黃巖誼課題組合作，開(kāi)發(fā)了一種全新的活細(xì)胞成像技術(shù)，突破了成像標(biāo)記基團(tuán)的尺寸極限。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們轉(zhuǎn)向探索另外一種成像模式，即受激拉曼散射顯微成像（Stimulated Raman Scattering Microscopy, SRS）。拉曼散射技術(shù)檢測(cè)入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率變化。一個(gè)化學(xué)鍵的振動(dòng)即可產(chǎn)生特定的拉曼散射信號(hào)?；谶@一特點(diǎn)，拉曼標(biāo)記基團(tuán)理論上可以小到一個(gè)化學(xué)鍵。
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???? 為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，兩個(gè)課題組合作，發(fā)展了一種命名為“生物正交受激拉曼散射成像”的技術(shù)。自發(fā)拉曼由于散射截面小、靈敏度低，在生物成像的應(yīng)用上受到很大的限制。近年來(lái)出現(xiàn)的受激拉曼散射成像技術(shù)極大地提高了成像的靈敏度和速度。在這項(xiàng)工作中，他們正是采用了這一前沿拉曼成像技術(shù)。同時(shí)，他們采用炔基作為拉曼報(bào)告基團(tuán)。炔基的碳碳三鍵長(zhǎng)0.12納米，并具有較大的拉曼散射截面。更為重要的是，炔基的拉曼信號(hào)落在了細(xì)胞的“拉曼靜默區(qū)”（細(xì)胞中天然生物分子在1800 cm-1至2800 cm-1區(qū)間沒(méi)有拉曼信號(hào)）。因此，炔基報(bào)告基團(tuán)幾乎沒(méi)有背景干擾，即在拉曼光譜上“生物正交”。結(jié)合炔基代謝標(biāo)記生物分子技術(shù)和受激拉曼顯微成像技術(shù)，他們成功實(shí)現(xiàn)分子特異地標(biāo)記成像活細(xì)胞的脂類(lèi)、核酸、蛋白質(zhì)和糖類(lèi)。這一研究成果于近期發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.201400328)。這項(xiàng)工作為活細(xì)胞成像提供了一種全新的技術(shù)，有望開(kāi)啟一系列熒光成像難以實(shí)現(xiàn)的研究。
???? 為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，兩個(gè)課題組合作，發(fā)展了一種命名為“生物正交受激拉曼散射成像”的技術(shù)。自發(fā)拉曼由于散射截面小、靈敏度低，在生物成像的應(yīng)用上受到很大的限制。近年來(lái)出現(xiàn)的受激拉曼散射成像技術(shù)極大地提高了成像的靈敏度和速度。在這項(xiàng)工作中，他們正是采用了這一前沿拉曼成像技術(shù)。同時(shí)，他們采用炔基作為拉曼報(bào)告基團(tuán)。炔基的碳碳三鍵長(zhǎng)0.12納米，并具有較大的拉曼散射截面。更為重要的是，炔基的拉曼信號(hào)落在了細(xì)胞的“拉曼靜默區(qū)”（細(xì)胞中天然生物分子在1800 cm-1至2800 cm-1區(qū)間沒(méi)有拉曼信號(hào)）。因此，炔基報(bào)告基團(tuán)幾乎沒(méi)有背景干擾，即在拉曼光譜上“生物正交”。結(jié)合炔基代謝標(biāo)記生物分子技術(shù)和受激拉曼顯微成像技術(shù)，他們成功實(shí)現(xiàn)分子特異地標(biāo)記成像活細(xì)胞的脂類(lèi)、核酸、蛋白質(zhì)和糖類(lèi)。這一研究成果于近期發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.201400328)。這項(xiàng)工作為活細(xì)胞成像提供了一種全新的技術(shù)，有望開(kāi)啟一系列熒光成像難以實(shí)現(xiàn)的研究。
???? 北京大學(xué)博士研究生洪森煉和陳濤為該論文共同第一作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和科技部的資助。
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