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科学家们找到了用声音“看到”单个细胞的方法

  据外媒报道,如果你是一名研究人员,想看看一个生物体中的几个细胞是如何表现的,这不是一项简单的任务。人体包含大约37万亿个细胞。那么,你如何在所有这些中监测几个微小的细胞? 

  这项新技术利用了所谓的声学报告基因,Shapiro一直是该技术的先驱开发者。要了解声学报告基因,首先要知道报告基因是一个专门的DNA片段,研究人员可以将其插入生物体的基因组中,以帮助他们了解生物体正在做什么。从历史上看,报告基因是编码荧光蛋白的。例如,如果研究人员将这些报告基因中的一个“插入”到他们想要研究的基因旁边--例如,负责神经元发育的基因--这些神经元基因的激活也将产生荧光蛋白分子。当正确的光线照射在这些细胞上时,它们就会亮起来,有点像荧光笔可以标记书中的特定段落一样。

  不过这些荧光报告基因有一个很大的缺点:光不能很好地穿透活体组织。

  以前的成像技术依靠囊泡像被敲击的钟一样响起,而新技术使用更强的超声波,像气球一样"弹开"囊泡。Shapiro说:“在那一刻,囊泡产生了一个非常强烈的信号。然后囊泡破裂,停止产生信号。我们正在寻找那个小突起。”

  这个小突起是如此清晰,以至于研究人员可以很容易地检测到它,甚至在超声波穿透组织产生的所有背景噪音中。Shapiro说,最近关于攻击癌细胞的可注射细菌的工程菌株,或"肿瘤归宿"细菌的工作,创造了对追踪这些细胞的更好方法的需求,以了解它们在身体的哪个部位。研究人员表明,当这些细菌也被设计为携带气囊基因时,就有可能追踪单个细菌细胞,因为它们在被注入血液后进入并穿过了肝脏。

  Sawyer说,如果研究人员想用超声波来研究肠道微生物组的组成,这种敏感度是必要的,因为肠道微生物组一旦被破坏,会影响阿尔茨海默病和自闭症等疾病。

  他说:“你的肠道里有这么多种类的细菌,而且有些细菌非常罕见,你需要足够敏感的东西来观察身体深处的少数细菌。”

  弹出细胞内的囊泡会伤害细胞吗?Sawyer说:“简短的答案是否定的,长的答案是在大多数实际情况下也是否定的。在某些情况下,非常小的、拥有非常多的这些气体小泡的单个细菌细胞会受到伤害,但是如果其中几个细菌变得不那么有活力,这对细菌群体并没有什么影响。而在哺乳动物细胞中,我们没有看到负面的影响。”

  Shapiro和Sawyer正在为他们的研究追求两条道路。一条道路是在研究人员已经开发的基础上,创造更先进的成像技术。这将涉及工程和测试具有不同性质的新型囊泡,如更容易弹出的囊泡,或更坚固的囊泡,或更小的囊泡,可以适合较大的囊泡不能进入的地方。另一条道路是为他们开发的技术寻找实际应用。

  "在光学显微镜领域,有这种光学探针和显微镜方法的共同发展,如双光子显微镜和光片显微镜[两者都是荧光显微镜的类型],"Shapiro说。"Daniel 的论文是这些成像技术的超声类似物发展的一部分。"

  描述他们研究的论文——《超敏感的超声成像与信号解混的基因表达》,与8月6日发表在 《自然方法》 杂志上。共同作者包括化学工程专业的访问学者Avinoam Bar Zion;Arash Farhadi;生物工程专业的研究生Shirin Shivaei;化学工程专业的研究生Bill Ling;以及前加州理工学院的Audrey Lee-Gosselin。

  【来源:cnBeta.COM】

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