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Métodos novos da imagem lactente para a biomedicina

Thought LeadersDr Wei MinProfessor, Department of Chemistry
Columbia University

Uma entrevista com Dr. Wei Acta, descrevendo seu trabalho que envolve a revelação de técnicas de imagem lactente químicas novas para estudar as moléculas pequenas, que lhe conduziram que está sendo concedido o prémio de mérito 2019 de Pittcon, conduzido por Alina Shrourou, BSc.

Que são as limitações actuais associadas com a microscopia de fluorescência para aplicações biomedicáveis?

Há diversas limitações notáveis que os povos no campo estão reconhecendo agora.

Em primeiro lugar, a microscopia de fluorescência não permite a medida ou a imagem lactente de metabolitos pequenos ou de moléculas pequenas. Devido à natureza de sua estrutura química, fluorophores são geralmente grandes, significando precisam um determinado sistema da conjugação de absorver a luz a fim tornar-se fluorescentes.

© Carl Du Pont/Shutterstock.com

Seu grande tamanho igualmente significa que os fluorophores não podem ser usados para etiquetar metabolitos pequenos tais lipidos, ácidos gordos, glicose ou neurotransmissor. Se você tentou fazer aquele, os fluorophores eles mesmos mudariam o comportamento físico ou químico das moléculas pequenas. Eu penso que os povos reconhecem agora que a microscopia fluorescente não é compatível com biologia pequena da molécula, de modo que seja uma limitação principal.

Uma outra limitação é o número de canais ou número de cores que você pode usar devido à largura do espectro fluorescente. A largura do espectro da fluorescência está entre 50 e 100 nanômetros. Isto significa que na escala visual de nosso espectro, você não pode usar mais de cinco cores fluorescentes simultaneamente.

Tipicamente, os povos usam três ou quatro cores, que são já bastante desafiantes. Usando mais de cinco cores é considerado extremamente difícil. Eu penso que os povos reconhecem agora uma barreira tãocodificada para a microscopia fluorescente, apenas como fazem para a barreira da definição para a microscopia óptica.

Desde que o número de cores é limitado talvez três a cinco, os povos não podem imagem mais do que aproximadamente cinco espécies diferentes ao mesmo tempo. Isso restringem sua aplicação no multiplex a ou as análises alto-dimensionais que exigem a medida simultânea de muitos espécie e alvos. Nesse respeito, a microscopia de fluorescência é fundamental limitada.

Por que são os metabolitos e as drogas duros visualizar pilhas internas e que é a importância desta capacidade na biomedicina?

Os metabolitos e as drogas são duros de visualizar porque não são fluorescentes começar com e são na maior parte moléculas pequenas. Não se emitem fluorescente e são pequenos, assim que você não pode visualizá-lo sós e não pode ser etiquetado com os grandes fluorophores.

Ao mesmo tempo, são terrìvel importantes na biomedicina porque muita doença é relacionada às anomalias em seu metabolismo. Nós sabemos que muitas doenças principais tais como a doença ou síndrome metabólica, cancro, diabetes e outras doenças todos estão relacionadas ao dysregulation do metabolismo. Nós queremos conseqüentemente estudar metabolitos porque são tão significativos na medicina.

As drogas são igualmente relevantes à biomedicina porque a maioria das drogas pequeno-molécula-são baseadas. Naturalmente, os povos são usados a ter tido anticorpo-basearam drogas, mas hoje em dia, eu diria que a maioria de drogas disponíveis no mercado estão baseados ainda em moléculas pequenas.

Esboce por favor as três estratégias que alternativas da imagem lactente você estará destacando em sua conversa em Pittcon 2019, intitulado: “Imagem lactente química para a biomedicina: A fronteira seguinte da fotomicroscopia”

Em Pittcon, eu estarei falando principalmente aproximadamente três modalidades novas da imagem lactente. Primeiro é chamado a imagem lactente química de Bioorthogonal, que é usada para desenvolver as etiquetas pequenas - as muito menores do que fluorophores.

Estas etiquetas que muito pequenas nós desenvolvemos são baseadas em ligações químicas porque aquelas ligações podem ser feitas aos somente dois ou três átomos. Estas etiquetas minúsculas podem ser anexadas aos metabolitos pequenos das moléculas e drogas tais como eu descrevi. A técnica estimulada de Raman é uma versão do multi-fotão do Raman que dispersa fenômenos e nós estamos usando esse tipo da microscopia para visualizar as drogas de metabolismo etiquetadas.

A segunda estratégia está tentando endereçar o desafio multicolorido. Nós estamos desenvolvendo agora tinturas que nós chamamos as tinturas de Raman que têm um espectro original, muito estreito. Desta maneira, em princípio, nós podemos gerar muito mais cores do que nós poderíamos fazer com fluorescência. Nós já publicamos dois papéis durante estes últimos anos que mostram a revelacão de 20 cores, que é um avanço grande comparado apenas às cinco cores que podem ser usadas na fluorescência.

A terceira estratégia é mais a fazer com imagem lactente animal. Neste caso, nós usamos a água pesada, deutério-etiquetada água, como uma ponta de prova metabólica geral. O hidrogênio na água é substituído pelo deutério para dar uma versão mais pesada. Ao consumir esta água mais pesada, o animal resynthesize seus metabolitos para processar ácidos aminados, ácidos gordos e açúcares, por exemplo. Desde que o deutério seria transferido neste metabolitos recentemente sintetizados, nós podemos usar a espectroscopia de Raman e a microscopia para visualizar a quantidade e o lugar destes metabolitos do deutério-rolamento, assim como a sua distribuição através dos tecidos do animal. Isso é relacionado ao grande desafio de como nós podemos metabolismo da imagem em animais vivos.

Descreva por favor sua pesquisa que lhe conduziu que recebe o prémio de mérito de Pittcon, apresentada pela sociedade para químicos analíticos de Pittsburgh.

Uma parte é relacionada a meu trabalho cargo-doc em que, junto com meu professor precedente Sunney Xie do conselheiro, nós publicamos um papel na ciência em 2008, onde nós desenvolvemos a microscopia estimulada da imagem lactente de Raman. Contudo a parte principal que esta concessão está relacionada a é reconhecimento de meu trabalho independente em Colômbia.

A imagem lactente química de Bioorthogonal para metabolitos e drogas pequenos era a primeira estratégia que eu descrevi e a segunda era imagem lactente super da Multi-Cor. Isto envolveu progredir além do uso apenas das cinco cores e expandi-lo a 20 cores. Eu penso que é estas duas estratégias novas desenvolvidas como parte de meu trabalho independente que estão sendo reconhecidas por esta concessão.

Que lhe significa ganhar o prémio de mérito de Pittcon?

Pittcon é realmente a comunidade a maior da química analítica e de espectroscopia aplicada, assim que eu sou honrado para saber que meus campo e comunidade me reconhecem devido ao trabalho que eu fiz.

Imagem lactente da acta de Wei

Como você pensa que as soluções que ópticas novas da microscopia você desenvolveu ajudarão a endereçar edições na biomedicina?

Eu penso que este se relaciona às vantagens originais das técnicas que nós desenvolvemos. A capacidade para considerar metabolitos e drogas está indo ter um grande impacto na biomedicina porque são os actores importantes em muitas doenças. Não tem sido previamente possível visualizar estes marcadores pequenos usando a microscopia. Agora, nossa técnica permite seu visualização, assim que podem ser vistos em um muito de alta resolução em pilhas vivas. Eu penso que este deve abrir uns muitos de oportunidades novas da pesquisa em termos de compreender estas moléculas no contexto da doença.

A aproximação tradicional do um-parâmetro-em-um-tempo tem-se tornado agora inadequada em termos de endereçar aquelas perguntas pioneiros, tão cada vez mais povos, empresas, e os doutores estão realizando que a chave está podendo realizar medidas em uma maneira detalhada. Nossa técnica que emprega 20 cores ou uma imagem lactente de 50 cores está indo a giratório em permitir esta capacidade, assim que eu acreditamos que esta era abriu muitas aplicações emocionantes da biotecnologia.

Sobre o Dr. Wei Acta

Acta de Wei

Dr. Wei Acta graduada da Universidade de Pequim em 2003. Recebeu seu Ph.D. da Universidade de Harvard que estuda em 2008 a biofísica da único-molécula com prof. Sunney Xie. Após ter continuado seu trabalho pos-doctoral no grupo de Xie, o Dr. Acta juntou-se à faculdade na Universidade de Columbia em 2010, e foi promovido ao professor completo lá em 2017. É igualmente afiliado com o instituto de Kavli para a ciência de cérebro e centro de NeuroTechnology na Universidade de Columbia.

A pesquisa actual do Dr. Acta interessa o foco em desenvolver a tecnologia óptica nova da espectroscopia e da microscopia para endereçar problemas biomedicáveis. Em particular, seu grupo fez contribuições importantes para a revelação de Raman estimulado que dispersa (SRS) a microscopia e sua aplicação larga na imagem lactente biomedicável.

A contribuição do Dr. Acta foi reconhecida por um número de honras, incluindo o prémio de mérito da conferência de Pittsburgh (2019), o preletorato emergente do investigador do analista (2018), a concessão de Coblentz da espectroscopia molecular (2017), a concessão de carreira adiantada de ACS na química física experimental (2017), a concessão do Professor-Erudito de Camilo Dreyfus (2015), a bolsa de estudo de Alfred P. Sloan Pesquisa (2013), e de NIH o Novo Inovador Concessão do director (2012).

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