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美首次观察到单细胞内分子化学反应

时间:2007/12/7 7:55:33  点击:

美国加州大学伯克利分校生物工程专家利用一种纳米粒子技术,首次探测到单个细胞内生物分子的动力反应机制。这项技术是分子成像技术的突破,并将对细胞药物开发和生物医疗诊断产生深远影响。该研究得到韩国科技部支持,相关研究论文发表在近期出版的《自然?方法学》杂志上。

该科学小组负责人、加州大学生物分子纳米技术中心卢克?李教授说,在这项技术之前,尚无非破坏性方法能在纳米尺度范围内拍摄细胞内分子的化学指纹图谱。以往研究细胞的生化过程是把它们的外膜切开来分析其成分,此时细胞已经死了,不可能实时观察到各种成分在一起发生的相互作用。新的纳米粒子技术利用了有机物和无机物分子吸收特定频率光的特性,能够实时地探测细胞内某种酶是否具有活性,某个基因是否被表达。

研究人员将细胞色素c蛋白和20纳米?30纳米的黄金微粒一对一结合在一起。受到光照时,黄金微粒表层电子会以特定频率震荡,这种现象就是表面激元共振。细胞色素c是一种与细胞的新陈代谢和死亡有关的蛋白质,其光吸收峰在550纳米附近,纳米黄金粒子的共振波长在530纳米?580纳米之间,其频率比细胞色素c的光学信号更易于探测。生物分子的吸收峰与黄金粒子共振频率交迭时会发生能量转移,称之为“淬火”。在这一过程中,清晰地显示了生物分子的内部结构。同样,将血红蛋白和银微粒匹配在一起,也得到了相似结果。

李教授说,单个生物分子发出的光吸收信号非常微弱,用传统的吸收光谱技术很难探测和拍摄,不仅要求生物分子有较高的密集度,还要杀死上百万细胞。而这种淬火接触,要求分子密集度较小,只要几百个甚至几十个分子。

多年来,人们对用干细胞治疗疾病抱有很大希望,但最大的难题是精确掌握单个细胞如何分化。为什么干细胞发育成了心肌,而不是牙齿或头发?为解开奥秘,需要分析细胞内部是什么蛋白质或基因发出了什么信号。这些纳米粒子就像是夜空的星星,照亮了细胞的内部生命。同时,这一技术中淬火接触的敏感性和光波选择性,也为改进疾病的分子诊断水平,开发个体化医疗器械指出了新方向。