”可切换的“蛋白质用于生物医学成像

生物医学成像窗口,通过它我们可以看看生物。它让我们看到细胞,他们的行为和本地化,否则将被隐藏。跟踪很少细胞随着时间而不会破坏他们在健康研究是一个关键的挑战。为此,亥姆霍兹慕尼黑研究工程师自然工具:可切换的蛋白质。安德烈·c·Stiel谈论他们的生物医学成像的潜力,他的最新研究和未来的挑战。

在生物医学成像蛋白质如何帮助?

安德烈:蛋白质分子的氨基酸。在我们的身体和所有的生命形式,蛋白质有许多功能,例如他们的机器,允许细胞生成能量或接收信息。在成像中,我们可以利用蛋白质,产生信号,例如光,观察正在发生的事情在一个活的有机体。基因编码的蛋白有一个好处,那就是它们,它们可以成为一个组件的细胞或生物体——相比之下,例如,染料从外部需要添加。在成像,我们可以使用这个东西我们称之为标签。标签打开了跟踪细胞的令人激动的可能性在不同的州在很长一段时间,无需干预或损坏活组织。例如,这让我们研究一种疾病或治疗在一个相对自然的方式,从而更好地理解疾病。

可切换的蛋白质,你的秘密是什么工程师?

安德烈:可切换的标签蛋白可以改变他们的国家,在我们的例子中我们读出的信号,在光照和不同颜色的光。分子机制就像一个小开关,改变状态的蛋白质,它生成的信号。在自然界中,这些蛋白质通常负责光敏反应——例如植物定向对光源。

你使用可切换的蛋白质称为光声成像的方法——那是什么?

安德烈:光声成像技术,世界领先的研究在亥姆霍兹慕尼黑Vasilis Ntziachristos——是一种成像方法,依靠阅读所产生的超声波信号光。光声成像技术已经有能力提供高穿透深度的组合,一个更高的分辨率和更大的比其他成像技术领域的观点。然而,对于许多研究问题光声需要工具如基因编码的记者和传感器。Photoswitchable标签蛋白可以帮助。在我们的研究中,光可切换的信号使我们能够想象少量的细胞在一个强大的背景下的其他信号通过眨眼的标签。你可以把它想象成一个在海上灯塔在黑暗的夜晚。能够想象一些细胞在活的生物体是很重要的,因为许多生物现象,尤其是在免疫系统,依靠少量的细胞。我们的目标是有一天跟踪单个标记细胞生物体和可视化功能,提高我们的知识,例如,关于免疫系统或肿瘤的发展。

你的下一个挑战是什么?

安德烈:我们讨论了可视化的细胞。然而,细胞自身主机甚至生命的更小的组件:小分子和离子。经常沟通,这样分子实现非常专门的目的或作为营养来源或其他细胞的构建块组件,因此他们需要严格监管细胞正常功能。理解本条例对理解生命和疾病至关重要。为了可视化小分子或离子,我们不使用标签但传感器。传感器可以设想只有可见的标签如果感兴趣的分子存在,因此,这让我们可以想象一个细胞内的分子。在最新的研究中,我们应用光电开关传感器概念。我们表明,光电开关传感器工作光声以及超分辨率。事实上,可切换的蛋白质的应用不仅限于光声但他们也超分辨率荧光显微镜的重要工具。我们开发了一个概念,第一个原型——与潜在的进一步优化。 Together with Dierk Niessing from Helmholtz Munich we learned the details of the molecular mechanism and together with a group from KTH in Sweden (Ilaria Testa) we made the first super-resolution images using this concept. The sensors will eventually allow us to also visualize small molecule or ion distributions at nanometer resolution. For optoacoustics our goal is to use them to follow small molecules in a whole live animal – that’s the challenge for the next five years.

参考:Mishra K, Fuenzalida-Werner JP, Pennacchietti F,等。基因编码photo-switchable光声分子传感器和超分辨率成像。Nat生物技术。2021年。doi: 10.1038 / s41587 - 021 - 01100 - 5

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