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Métodos nuevos de la proyección de imagen para la biomedecina

Thought LeadersDr Wei MinProfessor, Department of Chemistry
Columbia University

Una entrevista con el Dr. Wei Min, describiendo su trabajo que implica el revelado de las nuevas técnicas de proyección de imagen químicas para estudiar las pequeñas moléculas, que llevaron a él que era concedido el premio al éxito 2019 de Pittcon, conducto por Alina Shrourou, BSCA.

¿Cuáles son las limitaciones actuales asociadas a la microscopia de fluorescencia para los usos biomédicos?

Hay varias limitaciones notables que la gente en el campo ahora está reconociendo.

En primer lugar, la microscopia de fluorescencia no permite la medición o la proyección de imagen de pequeños metabilitos o de pequeñas moléculas. Debido a la naturaleza de su estructura química, fluorophores son generalmente grandes, significando necesitan cierto sistema de la conjugación absorber la luz para llegar a ser fluorescentes.

© Carl Du Pont/Shutterstock.com

Su de gran tamaño también significa que los fluorophores no se pueden utilizar para etiqueta los pequeños metabilitos tales lípidos, ácidos grasos, glucosa o neurotransmisores. Si usted intentara hacer eso, los fluorophores ellos mismos cambiarían el comportamiento físico o químico de las pequeñas moléculas. Pienso que la gente ahora reconoce que la microscopia fluorescente no es compatible con pequeña biología de la molécula, de modo que sea una limitación importante.

Otra limitación es el número de canales o número de colores que usted puede utilizar debido a la anchura del espectro fluorescente. La anchura del espectro de la fluorescencia está entre 50 y 100 nanómetros. Esto significa que en el alcance visual de nuestro espectro, usted no puede utilizar más de cinco colores fluorescentes simultáneamente.

Típicamente, la gente utiliza tres o cuatro colores, que es ya muy desafiadora. Usando más de cinco colores se considera extremadamente difícil. Pienso que la gente ahora reconoce una barrera tan con código de color para la microscopia fluorescente, apenas como ella hace para la barrera de la resolución para la microscopia óptica.

Puesto que el número de colores se limita quizás tres a cinco, la gente no puede imagen más que cerca de cinco diversas especies al mismo tiempo. Eso restringe su uso en el múltiplex a o los análisis alto-dimensionales que requieren la medición simultánea de mucha especie y objetivos. En ese respecto, la microscopia de fluorescencia es fundamental limitada.

¿Por qué son los metabilitos y las drogas duros visualizar las células interiores y cuál es la importancia de esta capacidad en biomedecina?

Los metabilitos y las drogas son duros de visualizar porque no son fluorescentes comenzar con y son sobre todo pequeñas moléculas. No emiten fluorescente y son pequeños, así que usted no puede visualizarlo solo y no puede etiqueta con los fluorophores grandes.

Al mismo tiempo, es terrible importante en biomedecina porque mucha enfermedad se relaciona con las anormalidades en su metabolismo. Sabemos que muchas enfermedades importantes tales como enfermedad o síndrome metabólico, cáncer, diabetes y otras enfermedades toda están relacionadas con el dysregulation del metabolismo. Por lo tanto queremos estudiar los metabilitos porque son tan importantes en remedio.

Las drogas son también relevantes a la biomedecina porque la mayor parte de las drogas pequeño-molécula-se basan. Por supuesto, utilizan a la gente a tener anticuerpo-basó las drogas, pero hoy en día, diría que la mayoría de las drogas disponibles en el mercado todavía están basados en las pequeñas moléculas.

Contornee por favor las tres estrategias alternativas de la proyección de imagen que usted destacará en su charla en Pittcon 2019, titulado: “Proyección de imagen química para la biomedecina: La frontera siguiente de la microscopia liviana”

En Pittcon, hablaré principal de tres nuevas modalidades de la proyección de imagen. Primer se llama la proyección de imagen química de Bioorthogonal, que se utiliza para desarrollar las pequeñas etiquetas - las mucho más pequeñas que fluorophores.

Estas etiquetas muy pequeñas que hemos desarrollado se basan en vínculos químicos porque esas ligazones se pueden hacer a los solamente dos o tres átomos. Estas etiquetas minúsculas se pueden sujetar a los pequeños metabilitos de las moléculas y las drogas tales como mí describí. La técnica estimulada de Raman es una versión del multifotón del Raman que dispersa fenómenos y estamos utilizando esa clase de microscopia para visualizar las drogas de metabolización etiqueta.

La segunda estrategia está intentando dirigir el reto multicolor. Ahora estamos desarrollando los tintes que llamamos los tintes de Raman que tienen un espectro único, muy estrecho. De esta manera, en principio, podemos generar muchos más colores que podríamos hacer con fluorescencia. Hemos publicado ya dos papeles durante los últimos años que muestran la revelación de 20 colores, que es un avance grande comparado apenas a los cinco colores que se pueden utilizar en fluorescencia.

La tercera estrategia es más a hacer con la proyección de imagen animal. En este caso, utilizamos el agua pesada, deuterio-etiqueta agua, como antena metabólica general. El hidrógeno en agua es reemplazado por el deuterio para dar una versión más pesada. Al consumir esta agua más pesada, el animal resynthesize sus metabilitos para tramitar los aminoácidos, los ácidos grasos y los azúcares, por ejemplo. Puesto que el deuterio sería transportado en esto los metabilitos nuevamente sintetizados, podemos utilizar la espectroscopia de Raman y la microscopia para visualizar la cantidad y la situación de estos metabilitos del deuterio-cojinete, así como su distribución a través de los tejidos del animal. Eso se relaciona con el gran reto de cómo podemos metabolismo de la imagen en animales vivos.

Describa por favor su investigación que llevó a usted que recibía el premio al éxito de Pittcon, presentada por la sociedad para los químicos analíticos de Pittsburgh.

La una pieza se relaciona con mi trabajo poste-doc. en el cual, así como mi profesor anterior Sunney Xie del consejero, publicamos un papel en ciencia en 2008, donde desarrollamos microscopia estimulada de la proyección de imagen de Raman. Sin embargo el pedazo principal que esta recompensa está relacionada con es reconocimiento de mi trabajo independiente en Columbia.

La proyección de imagen química de Bioorthogonal para los pequeños metabilitos y drogas era la primera estrategia que describí y la segunda era proyección de imagen multicolora estupenda. Esto implicó el progresar más allá del uso apenas de los cinco colores y el desplegar de él a 20 colores. Pienso que es estas dos nuevas estrategias desarrolladas como parte de mi trabajo independiente que están siendo reconocidas por esta recompensa.

¿Qué significa a usted ganar el premio al éxito de Pittcon?

Pittcon es realmente la comunidad más grande de química analítica y de espectroscopia aplicada, así que me honran para saber que mi campo y comunidad me reconoce debido al trabajo que he hecho.

Proyección de imagen del minuto de Wei

¿Cómo usted piensa que las soluciones ópticas nuevas de la microscopia que usted ha desarrollado ayudarán a abordar entregas en biomedecina?

Pienso que esto se relaciona con las ventajas únicas de las técnicas que hemos desarrollado. La capacidad de considerar los metabilitos y las drogas va a tener un impacto grande en biomedecina porque son los protagonistas en muchas enfermedades. No ha sido previamente posible visualizar estos pequeños marcadores usando microscopia. Ahora, nuestra técnica habilita su visualización, así que pueden ser vistos en un muy de alta resolución en células vivas. Pienso que esto debe abrir un lote entero de nuevas oportunidades de la investigación en términos de comprensión de estas moléculas en el contexto de enfermedad.

La aproximación tradicional del uno-parámetro-en-uno-tiempo ha llegado a ser inadecuada ahora en términos de dirección de esas preguntas puntas, tan cada vez más gente, compañías, y los doctores están realizando que la llave está pudiendo realizar mediciones de una manera completa. Nuestra técnica que emplea 20 colores o la proyección de imagen de 50 colores va a giratorio en habilitar esta capacidad, así que yo creemos que esta era ha abierto muchos usos emocionantes de la biotecnología.

Sobre el Dr. Wei Min

Minuto de Wei

El Dr. Wei Min graduado de la Universidad de Pekín en 2003. Él recibió su Ph.D. de la Universidad de Harvard que estudiaba en 2008 la biofísica de la único-molécula con profesor Sunney Xie. Después de continuar su trabajo postdoctoral en el grupo de Xie, el Dr. Min ensambló a la facultad en la Universidad de Columbia en 2010, y fue ascendido al catedrático allí en 2017. Él también se afilía con el instituto de Kavli para la ciencia de cerebro y el centro de NeuroTechnology en la Universidad de Columbia.

La investigación actual del Dr. Min's interesa el foco en desarrollar tecnología óptica nueva de la espectroscopia y de la microscopia para abordar problemas biomédicos. Particularmente, su grupo ha hecho contribuciones importantes al revelado de Raman estimulado que dispersaba (SRS) microscopia y su uso amplio en proyección de imagen biomédica.

La contribución del Dr. Min's ha sido reconocida por varios honores, incluyendo el premio al éxito de la conferencia de Pittsburgh (2019), el lectorazgo emergente del investigador del analista (2018), la recompensa de Coblentz de la espectroscopia molecular (2017), la recompensa de carrera temprana de ACS en la química física experimental (2017), la recompensa del Profesor-Escolar de Camilo Dreyfus (2015), la beca de Alfred P. Sloan Research (2013), y New Innovator Award (2012) de NIH de director.

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