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Metodi novelli di rappresentazione per biomedicina

Thought LeadersDr Wei MinProfessor, Department of Chemistry
Columbia University

Un'intervista con Dott. Wei Min, descrivente il suo lavoro che comprende lo sviluppo di nuove tecniche di rappresentazione chimiche per lo studio delle molecole piccole, che piombo a lui che riceve il premio al successo 2019 di Pittcon, condotto da Alina Shrourou, BSc.

Che cosa sono le limitazioni correnti connesse con microscopia di fluorescenza per le applicazioni biomediche?

Ci sono parecchie limitazioni notevoli che la gente nel campo ora sta riconoscendo.

In primo luogo, la microscopia di fluorescenza non permette la misura o la rappresentazione di piccoli metaboliti o di piccole molecole. dovuto la natura della loro struttura chimica, fluorophores sono generalmente grandi, significando hanno bisogno di determinato sistema di coniugazione di assorbire l'indicatore luminoso per diventare fluorescenti.

© Carl Du Pont/Shutterstock.com

Il loro grande egualmente significa che i fluorophores non possono essere usati per contrassegnare i piccoli metaboliti tali lipidi, acidi grassi, glucosio o neurotrasmettitori. Se provaste a fare quello, i fluorophores stessi cambierebbero il comportamento fisico o chimico di piccole molecole. Penso che la gente ora riconosca che la microscopia fluorescente non è compatibile con piccola biologia della molecola, di modo che è una limitazione principale.

Un'altra limitazione è il numero dei canali o numero dei colori che potete usare dovuto la larghezza dello spettro fluorescente. La larghezza dello spettro della fluorescenza è fra 50 e 100 nanometri. Ciò significa che nella distanza di visibilità del nostro spettro, non potete utilizzare simultaneamente più di cinque colori fluorescenti.

Tipicamente, la gente usa tre o quattro colori, che è già abbastanza provocatoria. Facendo uso di più di cinque colori è considerato estremamente difficile. Penso che la gente ora riconosca una barriera colore-codificata per microscopia fluorescente, appena come fanno per la barriera di risoluzione per microscopia ottica.

Poiché il numero dei colori è limitato forse tre - cinque, la gente non può immagine più circa cinque specie differenti allo stesso tempo. Quello limita la sua applicazione dentro multiplexa la a o le analisi alto-dimensionali che richiedono la misura simultanea di molti specie ed obiettivi. In quel rispetto, la microscopia di fluorescenza è fondamentalmente limitata.

Perché sono i metaboliti e le droghe duri da prevedere le celle interne e che cosa è la pertinenza di questa abilità in biomedicina?

I metaboliti e le droghe sono duri da visualizzare perché non sono fluorescenti cominciare con e sono principalmente piccole molecole. Non emettono fluorescente e sono piccoli, in modo da non potete visualizzarli da soli e non possono essere contrassegnate con i grandi fluorophores.

Allo stesso tempo, sono terribile importanti in biomedicina perché molta malattia è collegata con le anomalie nel loro metabolismo. Sappiamo che molte malattie importanti quali la malattia o sindrome metabolica, cancro, il diabete ed altre malattie tutta sono collegate con il dysregulation di metabolismo. Quindi vogliamo studiare i metaboliti perché sono così significativi nella medicina.

Le droghe sono egualmente pertinenti alla biomedicina perché la maggior parte delle droghe sono basate a piccola. Naturalmente, la gente è usata ad avere a droghe basate a anticorpo, ma al giorno d'oggi, direi che la maggior parte delle droghe disponibili sul servizio ancora sono basati sulle piccole molecole.

Delini prego le tre strategie che alternative della rappresentazione evidenzierete nella vostra conversazione a Pittcon 2019, nominato: “Rappresentazione chimica per biomedicina: La frontiera seguente di microscopia leggera„

A Pittcon, pricipalmente parlerò di tre nuove modalità della rappresentazione. Quello primo è chiamato la rappresentazione chimica di Bioorthogonal, che è usata per sviluppare i piccoli tag - quei molto più piccoli che i fluorophores.

Questi molto piccoli tag che ci siamo sviluppati sono basati sui legami chimici perché quelle obbligazioni possono essere fatte ai soltanto due o tre atomi. Questi tag minuscoli possono essere fissati ai piccoli metaboliti delle molecole e droghe come ho descritto. La tecnica stimolata di Raman è una versione del multi-fotone dei fenomeni di scattering di Raman e stiamo usando quel genere di microscopia per visualizzare le droghe di metabolismo contrassegnate.

La seconda strategia sta provando ad indirizzare la sfida multicolore. Ora stiamo sviluppando le tinture che chiamiamo le tinture di Raman che hanno uno spettro unico e molto stretto. In questo modo, in linea di principio, possiamo generare molti altri colori che potremmo fare con la fluorescenza. Già abbiamo pubblicato due documenti durante questi ultimi anni che mostrano la rivelazione di 20 colori, che è un grande avanzamento confrontato appena ai cinque colori che possono essere utilizzati nella fluorescenza.

La terza strategia è più da fare con la rappresentazione animale. In questo caso, usiamo l'acqua pesante, deuterio-contrassegnata l'acqua, come sonda metabolica generale. L'idrogeno in acqua è sostituito dal deuterio per dare una versione più pesante. Sul consumo della questa acqua più pesante, l'animale resynthesize i sui metaboliti per trasformare gli amminoacidi, gli acidi grassi e gli zuccheri, per esempio. Poiché il deuterio sarebbe rinviato in questo metaboliti recentemente sintetizzati, possiamo usare la spettroscopia di Raman e la microscopia per prevedere la quantità e la posizione di questi metaboliti del deuterio-cuscinetto come pure la loro distribuzione attraverso i tessuti dell'animale. Quello è collegato con la sfida importante di come possiamo metabolismo di immagine in animali vivi.

Descriva prego la vostra ricerca che piombo a voi che ricevete il premio al successo di Pittcon, presentata dalla società per i chimici analitici di Pittsburgh.

L'un pezzo solo è collegato con il mio lavoro post-documento in cui, insieme al mio professor precedente Sunney Xie del Consigliere, abbiamo pubblicato un documento nella scienza nel 2008, dove abbiamo sviluppato la microscopia stimolata della rappresentazione di Raman. Tuttavia il pezzo principale che questo premio è collegato con è il riconoscimento del mio lavoro indipendente a Colombia.

La rappresentazione chimica di Bioorthogonal per i piccoli metaboliti e droghe era la prima strategia che ho descritto e la seconda era la rappresentazione multicolore eccellente. Ciò ha compreso progredire oltre l'uso appena dei cinque colori ed ampliarla a 20 colori. Penso che sia queste due nuove strategie sviluppate come componente del mio lavoro indipendente che stanno riconoscende da questo premio.

Che cosa significa a voi estrarre il premio al successo di Pittcon?

Pittcon è realmente la più grande comunità di chimica analitica e della spettroscopia applicata, in modo da sono onorato per sapere che il miei campo e comunità mi riconosce a causa del lavoro che ho fatto.

Rappresentazione di minuto di Wei

Come pensate che le soluzioni che ottiche novelle di microscopia avete trovato contribuiscano ad affrontare le emissioni in biomedicina?

Penso che questo si riferisca ai vantaggi unici delle tecniche ci siamo sviluppati. La capacità di vedere i metaboliti e le droghe sta andando avere che un grande impatto in biomedicina perché sono gli attori chiave in molte malattie. Precedentemente non è stato possibile visualizzare questi piccoli indicatori facendo uso di microscopia. Ora, la nostra tecnica permette alla loro visualizzazione, in modo da possono essere veduti molto ad un di alta risoluzione in celle in tensione. Penso che questo dovrebbe aprire un gran quantità di nuove opportunità della ricerca in termini di comprensione delle queste molecole nel contesto della malattia.

L'approccio tradizionale di un-parametro--un-tempo ora è diventato insufficiente in termini di rivolgere quelle domande di avanguardia, così sempre più la gente, società e medici stanno realizzando che il tasto sta potendo effettuare le misure in un modo completo. La nostra tecnica che impiega 20 colori o la rappresentazione di 50 colori sta andando a chiave nel permettere a questa capacità, in modo da io crede che questa era abbia aperto molte applicazioni emozionanti di biotecnologia.

Circa Dott. Wei Min

Minuto di Wei

Dott. Wei Min laureato dall'università di Pechino nel 2003. Ha ricevuto il suo Ph.D. dalla Harvard University nel 2008 che studia la biofisica della unico molecola con prof. Sunney Xie. Dopo la continuazione del suo lavoro postdottorale nel gruppo di Xie, il Dott. Min ha unito la facoltà alla Columbia University nel 2010 ed è stato promosso al professore ordinario là nel 2017. È egualmente affiliato con l'istituto di Kavli per scienza di cervello ed il centro di NeuroTechnology alla Columbia University.

La ricerca corrente del Dott. Min interessa il fuoco sullo sviluppare la tecnologia ottica novella di microscopia e della spettroscopia per affrontare i problemi biomedici. In particolare, il suo gruppo ha dato i contributi importanti allo sviluppo di microscopia stimolata di scattering (SRS) di Raman e della sua vasta applicazione nella rappresentazione biomedica.

Il contributo del Dott. Min è stato riconosciuto da una serie di onori, compreso il premio al successo di conferenza di Pittsburgh (2019), il lettorato emergente del ricercatore dell'analista (2018), il premio di Coblentz della spettroscopia molecolare (2017), il premio di carriera in anticipo di ACS in chimica fisica sperimentale (2017), il premio dello Insegnante-Studioso di Camille Dreyfus (2015), l'amicizia di Alfred P. Sloan la Research (2013) ed il New Innovator l'Award (2012) di NIH di Direttore.

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