探秘分子细胞微观图:纳米成像技术获Cell等期刊特别报道

2013-03-25 14:35 · johnson

《科学通报》3月最新一期中,汇集了来自华中科技大学、上海交通大学、东南大学和华南师范大学等多处研究机构对于纳米生物成像的最新进展,从不同的侧面反应了当前纳米生物成像的某些国际、国内动态,精彩纷呈。

最新一期(3月)的《科学通报》中,汇集了来自华中科技大学,上海交通大学,东南大学,华南师范大学等多处研究机构,关于纳米生物成像的最新进展,包括涉及基于金纳米粒子的荧光分子信标,靶向多肽连接的量子点,水相合成量子点常用的方法, 以及其在细胞成像及活体成像中的应用等等各个方面的内容,从不同的侧面反映了当前纳米生物成像的某些国际、国内动态,精彩纷呈。


纳米生物成像技术将纳米生物技术引入到各种成像方法中以提高成像的质量, 同时纳米生物成像的需求也不断促进着纳米生物技术的发展。目前基于纳米材料构建的分子影像探针, 已在生命科学基础研究和临床医学应用中受到越来越多的关注, 特别是在实时、动态、高灵敏成像方面具有广阔前景。

来自中国药科大学生命科学与技术学院的研究人员制备了一种基于金纳米粒子的荧光分子信标, 实现了对肿瘤细胞中特定 mRNA 的实时检测。常州大学与香港中文大学合作,制备了靶向多肽连接的量子点, 用于特异性识别结肠癌细胞及组织。还有来自华中农业大学的研究人员介绍了水相合成量子点常用的方法, 并阐述了其在细胞成像及活体成像中的应用。

此外来自上海交通大学微纳科学技术研究院还制备了氨基化修饰的荧光磁性纳米粒子(FMNPs), 无滋养层培养了小鼠胚胎干细胞(mESCs), 体外实验评价了mESCs的条件培养基对胃癌细胞的影响, 并利用 FMNPs 标记 mESCs 制备了干细胞纳米探针(FMNPs-mESCs), 通过尾静脉注射进入荷瘤小鼠的体内, 利用小动物活体成像系统考察了 FMNPs-mESCs 靶向识别体内胃癌细胞的能力。


生物活体成像被细胞期刊评为前沿技术

生物成像领域已经可以采用各种显微技术和共聚焦等技术了,这提高了图像的精确度,但是要观察的深层组织活动,因此在一些活体成像,组织深部观察等方面还需要更多的技术进步。Cell杂志以“Review Focus: Imaging”为中心,介绍了生物成像研究方面的最新进展,其中特别提及了活体荧光显微技术今年来的新成果,认为这项技术崭露曙光,在细胞生物学,神经科学,肿瘤生物学等多方面发挥作用。

活体动物成像技术主要包括体内成像和体外成像两个方面,其中体外荧光显微技术一直以来都是现代生命科学研究的基础之一:给荧光基团配上一个合适的配体,比如抗体或者量子点,然后将其与组织样品或者细胞培养物一起温育,最后加上光照,这样标记的分子就能通过显微镜显示出来。

哈佛大学的一位华裔科学家在超分辨率细胞成像研究方面取得了重要进展:他们推出了活细胞超分辨率荧光成像技术,这一技术基于光子可控开关的荧光探针和质心定位原理,在双激光激发下荧光探针随机发光,通过分子定位和分子位置重叠重构形成超高分辨率的图像,其空间分辨率目前可达20nm。

哥伦比亚大学等处的研究人员又介绍了一种叫做双光子钙成像的新技术,利用这种技术,研究人员可以对小鼠脑岛中的味觉脑皮层进行了检测。由于当神经细胞被激活时,细胞中就会产生钙波。研究人员可根据细胞内的钙水平来判断神经元的激活状态。还有研究人员将这一技术与全细胞记录方法结合起来,通过计算机系统模拟大脑,了解大脑神经元之间的连接。

美国威尔康乃尔医学院的研究人员利用一种“Spinach”的RNA-荧光基团复合物成像观察细胞内各种RNA的功能动态,这有助于更深入地了解细胞中的RNA运输机制,以及它们在疾病中的情况。

华人科学家庄小威勇攀细胞成像研究新高峰

作为第一位获美国麦克阿瑟基金会“天才奖”,也是最年轻美国科学院华人院士的女科学家,庄小威教授获得了许多重要成果,尤其是在生物物理显微成像领域,近期庄小威教授与另外两位研究人员发表文章,介绍了其研究组超分辨率细胞成像最新进展:超亮光敏荧光基团,这一研究成果公布在《NatureMethods》在线版上。

2005年,她发现了一种能够几百次地反复在各种颜色的光照下使用的,能够驱动为荧光态和暗态的发光分子团,从而得到了一种比传统光学显微镜高10倍以上的分辨率的显微技术,并将这种技术命名为随机光学重建显微法(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)。

2007年,她发现了特殊的荧光探针家族,实现了多色随机光学重建显微法(multicolor stochastic optical reconstruction microscopy),并利用这种方法以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像。

2011年,她与著名华人院士谢晓亮利用超分辨率荧光显微镜对活体大肠杆菌细胞内的拟核相关蛋白(nucleoid-associated proteins,NAPs)进行了跟踪观察,并由此揭示了细菌遗传物质组织机制。

近期该研究组还找到了光控膜探针,利用超高分辨率荧光成像技术,对细胞膜进行了分析,他们的研究证明了这8个常用的膜探针具有光控能力,能特异性作用于细胞膜,线粒体,内质网或者溶酶体。