科学技术

这是由国际团队共享的生命科学领域的一项重大

2020-07-21 19:41

 

  同步加速器红外纳米光谱法首次用于测量由药物(胺碘酮)在人细胞(巨噬细胞)中的生物变化,并定位在100纳米尺度,即比用作探针的红外波长小两个数量级。这是在英国国家同步加速器设施Diamond Diamond的多模红外成像和显微光谱(MIRIAM)光束线)上实现的。

  这是由国际团队共享的生命科学领域的一项重大科学,是伦敦金斯学院癌症与药物科学学院,维也纳大学制药技术与生物制药系以及钻石公司MIRIAM B22光束线的科学家。

  他们最近发表在《分析化学》上的论文的标题为“巨噬细胞药物的磷脂代谢的同步加速器光热红外纳米光谱学” 10.1021 / acs.analchem.9b05759概述 了所谓的共振增强红外原子力显微镜(RE AFM IR)的应用通过同步辐射在亚细胞水平上询问生物物质,在这种情况下是药物的磷脂病(DIPL)的细胞模型。

  代替传统的评估DIPL的方法-即通过电子显微镜对脂质体的目视确认或使用荧光标记技术-,他们使用了钻石同步加速器的IR宽带照明以及AFM检测来实现性和增强的空间分辨率。定位细胞内的代谢变化。

  伦敦国王学院的首席研究员安德鲁陈博士解释说:“基于于/未于胺碘酮的J774A-1巨噬细胞的模型研究清楚地表明,具有同步加速器辐射的RE AFM IR能够从生物体内的小细胞器中提取局部信息。单细胞,无需标签。

  AFM地形图显示,胺碘酮处理的细胞具有扩大的细胞质,并且囊泡塌陷的区域很薄。通过利用IR总信号对AFM衍生的细胞厚度以及大约100 nm的横向分辨率,分析了整个细胞的红外(IR)图。纳米光谱的振动谱带分配也是可能的:脂质,蛋白质和DNA / RNA的所有特征峰均已鉴定。

  此外,来自细胞核和核周区域的同步加速器IR纳米光谱的谱带比和无监督化学分析均显示,胺碘酮处理的细胞的细胞质在对应于磷酸酯基和羰基的区域具有明显升高的谱带强度,表明检测到磷脂-含有DIPL的细胞通常具有的丰富的包涵体。

  Diamond的MIRIAM光束线的主要光束线科学家和其中的作者之一Gianfelice Cinque博士评论说:“据我所知,我们的实验是生命科学中的Synchrotron光热IR纳米光谱技术界上首创,并证明了光热IR纳米光谱技术借助Synchrotron红外宽带覆盖范围,它可以成功扫描整个哺乳动物细胞并通过完整的红外光谱内部指纹。”

  他解释说,细胞模型系统和药物处理通过在亚细胞尺度上将形态学和生物化学空间共定位来了方法的能力。引人注目的是,所达到的纳米光谱质量可以清楚地捕捉到通过红外显微镜观察到的生物细胞上的典型振动特征,但这是首次在纳米尺度上以无标记的方式提供亚细胞生化信息。

  他补充说:“这一成就是IR光束线 Diamond团队进行长期实验工作的结论-特别是Mark Frogley博士和Ioannis Lekkas博士的专家工作。”

  他继续解释说,同步加速器红外纳米光谱学(即同步加速器RE-AFM-IR光谱学)在MIRIAM光束线)方面的卓越表现,可在各种实际研究中以亚波长或100 nm分辨率提供独特的化学和形态学见解特别是在软物质上,例如活组织中的微塑性效应,抗菌表面现象,亚微尺度的微化石和生物地质学,有机微电子分析,微复合材料和介观结构。

  预计将于2021年中期推出新的nanoIR终端站,MIRIAM光束线很快将提供更多的研究能力。除了目前在Synchrotron红外光热纳米光谱学领域的专业知识外,此次升级还将允许新方法(例如,分流模式下的AFM IR),并通过红外散射扫描光学显微镜(s-SNOM)对其进行至关重要的补充,从而将空间分辨率进一步提高到10s纳米尺度。