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Techniques d'imagerie nouvelles pour la biomédecine

Thought LeadersDr Wei MinProfessor, Department of Chemistry
Columbia University

Une entrevue avec M. Wei Min, décrivant son travail comportant le développement des techniques d'imagerie chimiques neuves pour étudier les petites molécules, qui ont mené à lui étant attribué le prix à la réussite 2019 de Pittcon, conduit par Alina Shrourou, BSC.

Quelles sont les limitations actuelles liées à la microscopie à fluorescence pour des applications biomédicales ?

Il y a plusieurs limitations notables que les gens dans le domaine identifient maintenant.

Premièrement, la microscopie à fluorescence ne permet pas la mesure ou la représentation de petites métabolites ou petites molécules. En raison de la nature de leur constitution chimique, fluorophores sont généralement grandes, signifiant elles ont besoin d'un certain système de conjugaison pour absorber la lumière afin de devenir fluorescentes.

© Karl Dupont/Shutterstock.com

Leur de grande taille signifie également que des fluorophores ne peuvent pas être employés pour marquer de petites métabolites de tel lipides, acides gras, glucose ou neurotransmetteurs. Si vous essayiez de faire cela, les fluorophores eux-mêmes changeraient le comportement matériel ou chimique des petites molécules. Je pense que les gens identifient maintenant que la microscopie fluorescente n'est pas compatible avec la biologie de petite molécule, de sorte que soit une limitation principale.

Une autre limitation est le nombre de glissières ou numéro de couleurs que vous pouvez employer en raison de la grossièreté du spectre fluorescent. La largeur du spectre de fluorescence est entre 50 et 100 nanomètres. Ceci signifie que dans la portée optique de notre spectre, vous ne pouvez pas employer plus de cinq couleurs fluorescentes simultanément.

Type, les gens emploient trois ou quatre couleurs, qui sont déjà tout à fait provocants. Utilisant plus de cinq couleurs est considéré extrêmement difficile. Je pense que les gens identifient maintenant un barrage si de code à couleurs pour la microscopie fluorescente, juste comme ils font pour le barrage de définition pour la microscopie optique.

Puisque le nombre de couleurs est limité peut-être trois à cinq, les gens ne peuvent pas image plus qu'environ cinq espèces différentes en même temps. Cela limite son application dans le multiplex a ou les analyses haut-dimensionnelles qui exigent la mesure simultanée de beaucoup d'espèces et d'objectifs. À cet égard, la microscopie à fluorescence est principalement limitée.

Pourquoi les métabolites et les médicaments sont-ils est-elle durs pour concevoir les cellules intérieures et que la pertinence de cette capacité en biomédecine ?

Il est difficile de concevoir des métabolites et des médicaments parce qu'elles ne sont pas fluorescentes pour commencer par et sont en grande partie des petites molécules. Elles n'émettent pas fluorescent et elles sont petites, ainsi vous ne pouvez pas les concevoir seuls et elles ne peuvent pas être marquées avec les grands fluorophores.

En même temps, elles sont terriblement importantes en biomédecine parce que beaucoup de maladie sont liées aux anomalies dans leur métabolisme. Nous savons que beaucoup de maladies importantes telles que la maladie métabolique ou le syndrome, le cancer, le diabète et d'autres maladies tous sont liées au dysregulation du métabolisme. Nous voulons pour cette raison étudier des métabolites parce qu'ils sont si significatifs en médicament.

Les médicaments sont également appropriés à la biomédecine parce que la plupart des médicaments sont basées sur de petite taille. Naturellement, les gens sont employés à avoir eu les médicaments basés sur anticorps, mais de nos jours, je dirais que la plupart des médicaments procurables sur le marché sont toujours basés sur des petites molécules.

Veuillez donner les trois stratégies alternatives de représentation que vous mettrez en valeur dans votre entretien chez Pittcon 2019, intitulé : « Représentation chimique pour la biomédecine : La prochaine frontière de la photomicroscopie »

Chez Pittcon, je parlerai principalement de trois modalités d'imagerie neuves. Le premier est la représentation chimique appelée de Bioorthogonal, qui est employée pour développer les petites balises - beaucoup les plus petites que des fluorophores.

Ces balises très petites que nous avons développées sont basées sur les liaisons chimiques parce que ces obligations peuvent être effectuées seulement aux deux ou trois atomes. Ces balises minuscules peuvent être fixées aux métabolites de petites molécules et des médicaments tels que moi ai décrit. La technique stimulée de Raman est une version de multiphoton du Raman dispersant des phénomènes et nous employons ce genre de microscopie pour concevoir les médicaments métabolisants marqués.

La deuxième stratégie essaye de relever le défi en couleurs. Nous développons maintenant des teintures que nous appelons les teintures de Raman qui ont un seul, très étroit spectre. De cette façon, en principe, nous pouvons produire de beaucoup plus de couleurs que nous pourrions faire avec la fluorescence. Nous avons des deux papiers déjà publiés au cours de ces dernières années qui montrent le dévoilement de 20 couleurs, qui est un grand comparé anticipé juste aux cinq couleurs qui peuvent être employées dans la fluorescence.

La troisième stratégie est plus à faire avec la représentation animale. Dans ce cas, nous employons l'eau lourde, deutérium-marquée l'eau, comme sonde métabolique générale. L'hydrogène dans l'eau est remplacé par le deutérium pour donner une version plus lourde. À l'utilisation de cette eau plus lourde, l'animal resynthesize ses métabolites pour transformer des acides aminés, des acides gras et des sucres, par exemple. Puisque le deutérium serait reporté dans ceci les métabolites neuf synthétisées, nous pouvons employer la spectroscopie de Raman et la microscopie pour concevoir la valeur et l'emplacement de ces métabolites de deutérium-coussinet, ainsi que leur distribution par les tissus de l'animal. Cela est lié au défi important de la façon dont nous pouvons métabolisme d'image chez les animaux vivants.

Veuillez décrire votre recherche qui a mené à vous recevant le prix à la réussite de Pittcon, présentée par la société pour les pharmaciens analytiques de Pittsburgh.

L'une seule pièce est lié à mon travail goujon-Doc. dans lequel, avec mon professeur précédent Sunney Xie de conseiller, nous publiés un papier en la Science en 2008, où nous avons développé la microscopie stimulée de représentation de Raman. Cependant la pièce principale que cette récompense est liée à est reconnaissance de mon travail indépendant chez Colombie.

La représentation chimique de Bioorthogonal pour de petits métabolites et médicaments était la première stratégie que j'ai décrite et la deuxième était représentation en couleurs superbe. Ce progrès impliqué au delà de l'utilisation juste des cinq couleurs et expansion de elle à 20 couleurs. Je pense que c'est ces deux stratégies neuves développées en tant qu'élément de mon travail indépendant qui sont identifiées par cette récompense.

Que signifie-t-elle à vous pour gagner le prix à la réussite de Pittcon ?

Pittcon est réellement la plus grande communauté de la chimie analytique et de la spectroscopie appliquée, ainsi je suis honoré pour savoir que mon inducteur et communauté m'identifie à cause du travail que j'ai effectué.

Représentation de minute de Wei

Comment pensez-vous que les solutions optiques nouvelles de microscopie que vous avez développées aideront à aborder des éditions en biomédecine ?

Je pense que ceci associe aux seuls avantages des techniques que nous avons développées. La capacité de voir des métabolites et des médicaments va avoir un grand choc en biomédecine parce qu'ils sont les acteurs clé dans beaucoup de maladies. Il n'a pas précédemment été possible de concevoir ces petites bornes utilisant la microscopie. Maintenant, notre technique active leur visualisation, ainsi elles peuvent être vues très à un de haute résolution en cellules sous tension. Je pense que ceci devrait ouvrir un tas d'opportunités neuves de recherches en termes de comprendre ces molécules dans le cadre de la maladie.

L'approche traditionnelle d'un-paramètre-à-un-temps est maintenant devenue insuffisante en termes d'aborder ces questions tranchantes, ainsi les gens de plus en plus, les compagnies, et les médecins réalisent que la clavette peut effectuer des mesures d'une voie complète. Notre technique qui utilise 20 couleurs ou la représentation de 50 couleurs va à pivotalement en activant cette capacité, ainsi moi croient que cette ère a ouvert beaucoup d'applications passionnantes de biotechnologie.

Au sujet de M. Wei Min

Minute de Wei

M. Wei Min reçue un diplôme de l'Université de Pékin en 2003. Il a reçu son Ph.D. de l'Université de Harvard étudiant en 2008 la biophysique d'unique-molécule avec prof. Sunney Xie. Après avoir continué son travail post-doctoral dans le groupe de Xie, M. Min a joint le corps enseignant à l'Université de Columbia en 2010, et s'est introduit au professeur d'université là en 2017. Il est également affilié avec l'institut de Kavli pour la science du cerveau et le centre de NeuroTechnology à l'Université de Columbia.

La recherche actuelle de M. Min's intéresse l'orientation sur développer la technologie optique nouvelle de spectroscopie et de microscopie pour traiter des problèmes biomédicaux. En particulier, son groupe a apporté les cotisations importantes au développement de Raman stimulé dispersant (SRS) la microscopie et son application grande dans la représentation biomédicale.

La cotisation de M. Min's a été identifiée par un certain nombre d'honneurs, y compris le prix à la réussite de conférence de Pittsburgh (2019), le poste d'assistant apparaissant de chercheur d'analyste (2018), la récompense de Coblentz de la spectroscopie moléculaire (2017), la première récompense de carrière d'ACS en physico-chimie expérimentale (2017), la récompense de Professeur-Chercheur de Camille Dreyfus (2015), la camaraderie d'Alfred P. Sloan Research (2013), et New Innovator Award (2012) de NIH du directeur.

Citations

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    Pittcon. (2021, November 03). Techniques d'imagerie nouvelles pour la biomédecine. News-Medical. Retrieved on January 26, 2022 from https://www.news-medical.net/news/20190226/Novel-Imaging-Methods-for-Biomedicine.aspx.

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