利用分子雷达研究吗啡对PC12细胞的作用机制

分子雷达是一种能够在分子层次对活细胞内生物过程进行实时、原位观察的探测技术。本文利用分子雷达研究了吗啡对PC12细胞的作用机制。实验结果表明，吗啡对PC12的作用具有时间和浓度依赖性，吗啡能引起细胞内[Ca^2 ]瞬时升高和波动，并且能导致细胞核浓缩和线粒体膜电势丧失。     

美国理工成功研制出检测DNA破坏物质传感器

美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technolo-gy,MIT)的研究人员开发出了通过将碳纳米管(CNT)注入活细胞中,检测是否存在DNA破坏物质的技术。相关论文已刊登在2008年12月14日的《Nature Nanotechnology》(自然-纳米技术)上。具体做法为把用DNA等包裹着的CNT注入到生物细胞中,然后检测在近红外线照射下CNT的荧光发光情况。当细胞中含有DNA破坏物质时,该物质会与包裹CNT的DNA发生反应,CNT的荧光发光波长和强度将发生变化。MIT表示,通过荧光状态可判断出存在的是何种DNA破坏物质,且该传感器的灵敏度非常高,可从1个分子开始检测。可检测出的DNA破坏物质包括:过氧化氢、各种氧化剂、羟基自由基(HydroxylRadical)等活性氧类、顺铂(Cisplatin)以及烷基(Alkyl)化剂等抗癌剂。这些抗癌剂自身就具有强大的DNA破坏作用,会给正常细胞带来副作用。通过检测是否存在这些物质可探明环境中的DNA破坏物质给生物细胞带来的影响、以及抗癌剂是否被正常地输送到了癌细胞处。今后研究人员还计划利用该传感器研究绿茶中所含有的抗氧化剂是...     

IL-24重组载体的构建及其联合化疗药物对SKOV3细胞中TUBB3与ERCC-1基因表达的影响

通过基因重组技术将白介素24(IL-24)基因片段分别克隆成pc DNA3.0-OSP-1-IL-24和pc DNA3.0-IL-24载体,利用逆转录PCR(RT-PCR)测定2种载体的表达.将2种化疗药物紫杉醇(PTX)与顺铂(DDP)分别作用于正常SKOV3细胞及pc DNA3.0,pc DNA3.0-IL-24,pc DNA3.0-OSP-1和pc DNA3.0-OSP-1-IL-24稳定转染SKOV3细胞(卵巢癌细胞株),通过噻唑蓝(MTT)法检测化疗药物联合IL-24基因对细胞的杀伤效果及细胞的增殖能力,应用实时荧光定量PCR技术检测人β-微管蛋白3(TUBB3)与核苷酸切除修复交叉互补基因位1(ERCC1)基因在各组细胞中的表达.RT-PCR检测结果显示,通过基因重组技术克隆了pc DNA3.0-IL-24与pc DNA3.0-OSP-1-IL-24载体,IL-24基因能提高SKOV3细胞对化疗药物顺铂和紫杉醇的敏感性.其联合化疗药物对肿瘤药物的IC50值分别下降了10倍和6倍,TUBB3和ERCC1基因在IL-24基因转染的SKOV3细胞内的表达水平与在正常SKOV3细胞内相比,分别下降4倍和10倍多.上述结果表明,IL-24联合化疗药物可明显下调TUBB3与ERCC1基因的表达,该实验为临床治疗卵巢癌提供了重要的理论依据.     

上海科学家研制出新型电化学生物传感器

不久前，上海科学家根据DNA可以灵敏识别特定分子的原理研制出新型电化学生物传感器，该传感器能灵敏检测出细胞中的能量分子三磷酸腺苷（ATP）的含量，将来可能用这种方法便捷地判断食品的新鲜程度。     

生物分子功能化碳纳米管

利用生物分子功能化碳纳米管,使其具备生物相容性和特殊的识别功能并引入生物体系是一项极具应用潜力的研究.如何利用不同种类的生物分子功能化碳纳米管则是该领域须解决的一个关键问题.本文综述了利用生物分子酶、蛋白质、氨基酸、肽螺旋、DNA功能化碳纳米管的最新研究进展,重点介绍了碳纳米管侧壁与端口的DNA功能化以及碳纳米管的DNA填充,并对DNA功能化碳纳米管在生物传感器、电化学检测及DNA操纵碳纳米管自组装方面的应用作了阐述.     

顺铂耐药的分子机制

顺铂被广泛用于多种类型的实体肿瘤的临床治疗.DNA是顺铂的主要靶点,顺铂结合会导致DNA损伤并诱发细胞凋亡.然而,顺铂化疗常常受到内在的和获得性的耐药性的限制.在过去30多年里,大量的研究致力于对顺铂耐药性的理解,并且提出了几种导致顺铂耐药性的分子机制.这些机制显示顺铂的耐药性具有多因素特征.本文系统描述和讨论了顺铂的耐药性机制,包括细胞内药物积累的减少,药物去活作用的增强,DNA修复作用,DNA损伤反应和凋亡通路的变化以及一些间接信号通路的调控影响.     

乙二醛诱导细胞凋亡的近红外表面增强拉曼光谱

将60 nm金纳米粒子导入到活的人骨肉瘤细胞中, 用近红外表面增强拉曼散射(SERS)技术获取细胞内化学成分的高分辨SERS信息. 对正常活性细胞和乙二醛诱导的凋亡细胞的比较研究表明, 对于正常活性的细胞, 金纳米探针主要分布在细胞质内(围绕细胞核), 而凋亡细胞内的金纳米探针的分布较为均匀, 在遍布凋亡细胞内的各个位置包括细胞表面均容易找到DNA片段的信息.     

DNA分子“光开关”含钌多吡啶络合物细胞摄取、胞内分布及毒性机理研究

DNA作为遗传信息的载体,了解在细胞核内的组装和结构具有非常重要的意义。目前,使用能够与DNA结合的细胞膜渗透性良好的有机荧光分子作为DNA标记探针是实现这一目标的主要手段。自Barton实验室发现阳离子Ru（Ⅱ）络合物[Ru（bpy）₂（dppz）]²⁺（bpy=2,2'-联吡啶,dppz=多吡啶并吩嗪）能够作为DNA分子"光开关"以来,d⁶八面体多吡啶金属络合物与DNA的结合特性及相关研究,尤其是对这类金属络合物作为高灵敏度和结构特异性DNA探针的研究,便吸引了人们极大的关注。由于这类物质较低的膜渗透性,先前多数研究都只是局限于细胞外,活细胞内DNA直接显像成功的实例较为少见。本课题组发现五氯酚（PCP）和另外两类结构不相关的生化试剂能促进Ru（Ⅱ）多吡啶络合物的细胞特别是细胞核的摄取,[Ru（bpy）₂（dppz）]²⁺/PCP之间的协同核摄取机理可能是形成了较稳定的亲脂性离子对复合物。Ru（Ⅱ）络合物的两种对映异构体在活细胞内与DNA结合后表现出了明显的手性选择性。这是我们首次发现通过以形成离子对复合物的方式将DNA分子"光开关"Ru（Ⅱ）络合物转入活细胞核内并维持其"光开关"效应,可为研究将其他潜在的具有生物医疗效应的细胞膜不通透金属络合物转入细胞内提供一种全新的方法。     

一种1,8-萘酰亚胺衍生物检测半胱氨酸荧光探针 的合成及其在活细胞和秀丽隐杆线虫中成像中的运用

基于1,8-萘酰亚胺衍生物,构建了一种检测半胱氨酸(Cys)的新型荧光探针TPFC-Acryloyl。光谱研究表明该探针能有效识别Cys且能够在1min内实现快速响应。探针对Cys的检测表现出高选择性,检测限为2.13μmol/L。经荧光光谱和质谱实验确证其检测机理为：Cys与TPFC-Acryloyl分子中的丙烯酸酯发生共轭加成-环化反应,进而羟基裸露的同时释放出黄色荧光。细胞毒性测试表明探针TPFC-Acryloyl的细胞毒性低。此外,该探针还被成功应用于活细胞和秀丽隐杆线虫中Cys的荧光成像。     

芘二聚体发夹探针用于细胞DNA单链断裂修复能力的评估

基于芘分子二聚体的荧光特性设计了一种新型的发夹探针,用于评估不同细胞的单链断裂修复(SSBR)能力.首先利用芘荧光分子设计一个茎上有缺口的DNA发夹探针,该探针在Bst DNA聚合酶作用下可以水解,使荧光信号“关闭”.如果探针茎上的缺口被DNA修复酶修复,可以阻止Bst DNA聚合酶对探针的消化作用,从而阻止荧光信号的“关闭”.该设计可以用于评估细胞的SSBR能力,并通过提取细胞的核蛋白考察了不同细胞的SSBR能力.研究结果表明,肿瘤细胞及细胞系不具有原代细胞的SSBR能力.利用SSBR的关键酶进一步探索了肿瘤细胞SSBR能力缺失的原因,证明是由于肿瘤细胞中含有可以抑制SSBR过程的活性物质.此外,该方法能够同时进行500个细胞的SSBR能力检测,并用于抗衰老药物筛选.     

碳纳米管在电化学和光化学纳米生物传感器中的应用

碳纳米管(CNTs)因具有独特的物理化学及电化学性质,如较大的比表面积、较强的电子转移能力和良好的吸附性能等而引起人们的广泛关注.碳纳米管可以通过物理吸附、静电或疏水作用等非共价结合方式或共价连接方式固定生物大分子(如蛋白质、DNA、抗体等),有效地促进生物大分子与电极间直接、快速的电子转移,可应用于多种电化学生物传感器中.碳纳米管本身在近红外光区具有独特的荧光和拉曼光谱,可以利用多种光谱手段对多种生物分子实现定量检测,因此近年来碳纳米管在光化学生物传感器中的应用也逐渐受到了研究者的重视.本文对碳纳米管在电化学和光化学生物传感器中的应用进行了简要综述和展望.     

基于pH纳米传感器的Hela细胞内酸化与细胞凋亡的相互关系研究

采用本研究小组发展的pH敏感染料异硫氰酸荧光素(FITC)和参比染料联钌吡啶(RuBpy)同时包埋的具有内参比功能的pH纳米传感器研究了抗癌药物硫酸长春新碱诱导的Hela细胞内酸化与细胞凋亡之间的相互关系. 通过利用该纳米传感器对硫酸长春新碱诱导后的Hela细胞内pH变化的活体、原位、实时监测, 发现在硫酸长春新碱诱导引起凋亡的Hela细胞中, 细胞内的pH值由诱导前的7.11酸化为6.51, 并且在一定的浓度和时间范围内, 硫酸长春新碱诱导后细胞的酸化率与诱导药物的浓度和诱导时间成正相关关系. 通过进一步比较硫酸长春新碱诱导后的细胞酸化率和细胞凋亡率, 证实了经硫酸长春新碱诱导后, Hela细胞内酸化是Hela细胞凋亡的先发事件. 这些研究结果的获得有望为利用硫酸长春新碱或其他抗癌药物干预细胞内pH变化以达到对肿瘤的治疗提供理论指导.     

基于双色荧光传感器的癌细胞成像及microRNA定量检测

癌细胞中microRNA(miRNA)的灵敏成像对于疾病的诊断治疗具有重要意义, 其中miRNA-21通常在多种癌细胞中异常表达. 本文将DNA功能化的金纳米颗粒与发射波长分离的荧光染料FAM和Cy5.5修饰的DNA通过含有光控基团PC-linker的DNA4作为桥梁进行自组装, 构建了纳米传感器GDC. 将302 nm紫外光作为启动开关, 用其照射该体系时, Cy5.5修饰的DNA3被释放, 其荧光强度可作为内参比信号, 用于标定进入细胞的组装体含量; 细胞中miRNA-21作为催化分子, 与外加燃料Fuel DNA共同作用下可实现催化放大, FAM修饰的DNA2被释放且被猝灭的荧光信号得以恢复, 并作为检测信号. 通过2种荧光信号强度(FL)的检测及FL_FAM/FL_Cy5.5比值的计算, 达到定量分析细胞中miRNA含量的目的. 该体系可扣除因细胞内组装体含量不同造成的背景信号误差, 不仅能显著提高检测准确度, 还因存在催化循环而大大降低了检出限, 比传统方法至少降低了3个数量级. 该传感器的检出限为23.1 pmol/L, 通过定量计算得出HeLa细胞中miRNA的含量为0.0236 nmol/L.     

DNA修复:为生命提供化学稳定性——2015年诺贝尔化学奖解读

托马斯·林达尔(Tomas Lindahl)、保罗·莫德里奇(Paul Modrich)以及阿齐兹·桑贾尔(Aziz Sancar)因为从分子水平上解释了细胞进行DNA损伤修复的机制,被授予2015年诺贝尔化学奖。3位科学家的研究成果,解释了活体细胞DNA修复的运作机制,为治疗癌症这一人类的顽疾奠定了基础。     

核酸适体偶联药物的生物偶联构建技术与应用

核酸适体被称为“化学抗体”, 具有与抗体类似或更加优异的特异性和亲和力, 可以精准地靶向靶蛋白, 与靶蛋白特异性结合. 此外, 核酸适体还具有获取简单、 合成简便、 易于进行化学修饰、 不易变性、 靶标范围广、 免疫原性低及细胞内化快等优点, 已被广泛应用于众多研究领域. 在癌症治疗领域, 核酸适体作为一种优异的靶向识别工具和药物递送载体, 可实现抗肿瘤药物的精准递送. 将核酸适体与药物分子偶联, 可通过核酸适体的靶向作用使药物分子随核酸适体共同进入靶细胞, 实现药物分子在靶细胞内的富集, 进而促进靶细胞的死亡. 近年来, 核酸适体偶联药物已成为癌症靶向治疗的前沿新兴领域, 希望通过该领域的深入研究为癌症靶向治疗领域提供新思路. 本文综合评述了以生物偶联技术构建的核酸适体偶联药物及其应用研究.     

光学单分子方法探测蛋白质的功能

过去20年中, 光学单分子探测的方法已经发展成为许多领域、特别是生物学领域研究的强有力工具. 单分子探测不仅能够给出物理量的平均值, 还可以给出有关分布的信息, 也能对一个分子的轨迹进行追踪. 这些独特的性质使单分子探测不仅仅在平衡体系, 如蛋白折叠、酶反应动力学、膜表面动力学等研究中发挥作用, 而且对非平衡体系的探测更具有其它方法无法比拟的优势, 同时单分子探测在生物活体中追踪分子时也有关键作用.     

同步辐射红外光谱技术在生物医用领域的应用

同步辐射作为一种新型红外光源,具有光谱宽、亮度高、分辨率高的特性,在生命科学领域具有广泛的应用。随着同步红外显微镜成像技术的不断发展,同步辐射红外光谱技术可以在原位探测亚细胞级别的生物化学变化,并保留细胞的生命特征。通过对蛋白质、核酸、磷脂等成分的定性和定量分析,可以了解骨细胞、神经细胞的病变,癌变细胞的活动情况以及植物细胞的营养状况等。同时,同步辐射红外光谱技术的应用范围正在不断扩展,其在药物释放的检测和生物化学过程的监控等方面也具有相当的应用前景。此外,在生物分子的分子间振动能级所处的远红外区,同步辐射红外光谱相比于常规红外光谱具有较高的信噪比。     

分子内电荷转移化合物自组装功能体系

本文综述了基于电荷转移作用的具有特定组装结构的功能分子体系的合成、自组装过程和性质.易于组装且结构-性能关系清晰的分子内电荷转移化合物的分子设计可以用来开发新颖的功能体系.我们阐述了通过在π共轭体系中引入杂环或杂原子或通过使用其他芳香环扩展芳香体系的共轭长度等方法合成分子内电荷转移化合物.分子内电荷转移化合物的给体/受体以及其连接基团极大地影响有机聚集体的形貌、尺寸和其光化学性能.非中心对称的超细纤维结构的独立非线性光学响应能够在光谱上和空间上被分离和调控;分子内电荷转移化合物的另一个应用是发展基于分子内电荷转移过程效率调控的分子传感器.通过分子内电荷转移化合物的可控自组装将获得新的或改进的化学和物理性质,该方法将被广泛应用于光学、电学和光电子领域.     

基于DNA纳米花的细胞自噬基因沉默用于增敏抗肿瘤化疗

自噬是真核细胞降解蛋白质的重要途径之一, 在细胞的更新代谢中起重要作用. 肿瘤细胞借助高水平的细胞自噬能够阻断细胞凋亡途径, 降低化疗药物的抗肿瘤效果. 本文通过设计编码有核酸适配体序列(Aptamer)和DNA酶序列(DNAzyme)的多功能DNA纳米花, 利用DNA序列可负载化疗药物阿霉素(Dox)的特性, 实现了对肿瘤细胞特异靶向的药物递送, 并高效沉默肿瘤细胞的自噬相关基因ATG5, 达到增敏抗肿瘤化疗的效果. 通过RT-PCR实验验证合成的DNA纳米花可以有效剪切肿瘤细胞中自噬相关基因ATG5的mRNA; 并通过DNA纳米花的细胞毒性和细胞凋亡实验研究了其对肿瘤细胞系MCF-7的靶向治疗作用, 结果显示该多功能DNA纳米花在增敏抗肿瘤化疗方面具有明显优势.     

拉曼镊子在生物单细胞中的应用与进展

拉曼镊子(Raman tweezers)是将激光光镊(Optical tweezers)与显微拉曼光谱(Raman spectroscopy)结合的光学技术,可以在接近自然状态下研究单个生物细胞或细胞器.因其有无直接接触、无损伤、快速识别、实时追踪等特点,广泛用于生物细胞的识别、探测、筛选等.研究显示,拉曼镊子在微观生物研究的应用中,可提高拉曼光谱的信噪比,也能实现生化动力学过程的实时跟踪,从而能深刻了解细胞内生物大分子的活动规律.本文着重介绍了拉曼镊子的起源、原理及其在单细胞中的应用以及展望.