闵玮博士Nature Methods发布活细胞生物分子成像新技术

来自哥伦比亚大学的研究人员朝科学界的一个长期目标：以最小的干扰显影活生物系统中的生物小分子迈出了重要的一步。在发表于3月2日《Nature Methods》杂志上的一项研究中，化学系助理教授闵玮（Wei Min）的研究小组开发了一种通用方法，可成像如小分子药物和核酸、氨基酸、脂类等广谱生物小分子，确定它们的定位以及在细胞内的功能机制。

　　

生物通报道  来自哥伦比亚大学的研究人员朝科学界的一个长期目标：以最小的干扰显影活生物系统中的生物小分子迈出了重要的一步。在发表于3月2日《自然方法》（Nature Methods）杂志上的一项研究中，化学系助理教授闵玮（Wei Min）的研究小组开发了一种通用方法，可成像如小分子药物和核酸、氨基酸、脂类等广谱生物小分子，确定它们的定位以及在细胞内的功能机制。

当在复杂和神秘的细胞中研究一种分子的生物功能之时，研究人员通常会用荧光团——当受到光照时会发光的一种分子来标记目的分子。利用研究实验室中常见的荧光显微镜，可以高精确度定位并追踪荧光团标记的分子。1994年,发明了可在活细胞和动物体内成像的绿色荧光蛋白（GFP），这使得荧光显微镜自那时起变得更加的流行。

然而当涉及到生物小分子时，荧光标记则存在问题，因为荧光团几乎总是大于目的小分子或是与目的小分子差不多大小。因此，它们往往会破坏这些发挥重要生物作用的小分子的正常功能。

为了解决这一问题，闵玮和他的研究小组放弃常规的荧光团荧光成像范式，转而追寻一种新型的物理和化学组合。具体说来，他们将一种称作为受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)显微镜的新兴激光技术，与一种小型但非常有活力的炔烃标记（即C≡C，碳碳三键）相结合，C = C是一种化合物键，当其拉伸时，会以独特的“频率”（不同于细胞内的自然分子）发出强烈的拉曼散射信号。

采用这一小型的炔烃标记，这一新技术避免了采用更大荧光标记物造成的干扰，同时通过SRS成像获得了高检测特异性和灵敏度。通过将激光颜色调整至炔烃频率，并快速用聚焦激光光束逐点扫过样本，SRS显微镜可捕获小分子携带的C≡C键的独特拉伸运动，生成活细胞和动物体内分子的三维图像。以这种方式，闵玮研究小组证实可以追踪小鼠组织中带有炔烃的药物，以及显影通过在活细胞中代谢纳入炔烃标记的前体小分子重新合成的DNA、RNA、蛋白质、磷脂和甘油三酯。

“我们技术主要的优点在于，就小分子成像而言具有极高的灵敏度、特异性，以及活细胞和动物动态生物相容性，”论文的第一作者、化学博士陆伟（Lu Wei，音译）说。

接下来，闵玮研究组将把这一新技术应用于解答一些生物医学问题，例如在动物模型中检测肿瘤细胞以及标记药代动力学。他们还生成了适用于更灵活成像应用的其他炔烃标记生物活性分子。

闵玮说：“我们的新技术将开启用其他方式难以实现的、针对活细胞和动物中一些生物小分子的许多研究。除了基础研究，我们的技术还可能大大推动转化应用。我相信SRS成像炔烃标记能够像GFP荧光团荧光成像一样，在大型物种中成像生物小分子。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Live-cell imaging of alkyne-tagged small biomolecules by stimulated Raman scattering

Sensitive and specific visualization of small biomolecules in living systems is highly challenging. We report stimulated Raman-scattering imaging of alkyne tags as a general strategy for studying a broad spectrum of small biomolecules in live cells and animals. We demonstrate this technique by tracking alkyne-bearing drugs in mouse tissues and visualizing de novo synthesis of DNA, RNA, proteins, phospholipids and triglycerides through metabolic incorporation of alkyne-tagged small precursors.