IVIS視角 | 活體成像助力隱孢子蟲感染可視化模型構(gòu)建
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隨著生活水平和YL衛(wèi)生狀況的不斷提升,寄生蟲感染在我們?nèi)粘I钪兴坪跻讶諠u陌生。但在一些欠發(fā)達(dá)地區(qū),由于貧困和不良的衛(wèi)生習(xí)慣造成的寄生蟲感染仍然威脅著無數(shù)生命。隱孢子蟲作為一種常見的人畜共患寄生蟲感染性疾病,是導(dǎo)致腹瀉病的主要原因。由于其經(jīng)由糞便傳播,所以常經(jīng)由水體污染而在衛(wèi)生條件較差的地區(qū)發(fā)生群體性感染。感染通常是自限性的,健康的成年人在發(fā)生第 一階段的較嚴(yán)重的腹瀉之后便可恢復(fù),但糞便仍可能具有傳染性。新生兒或免疫力低下的如艾滋病患者或經(jīng)免疫YZZL的病人在感染后病情較嚴(yán)重,是兒童早期死亡、營養(yǎng)不良和生長遲緩的重要原因,也是艾滋病人并發(fā)腹瀉死亡的主要原因。
現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的隱孢子蟲共有15個亞種,分別感染人、家禽、寵物、牲畜以及一些野生動物。由于不了解其致病機(jī)制,目前的ZL方案往往是對癥用藥而非對因用藥。由于不同物種間感染模式差異,在實(shí)驗動物(主要為牛等家畜)上應(yīng)對隱孢子蟲感染的有效疫苗往往對預(yù)防人的感染收效甚微。
針對以上問題,來自美國賓大獸醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可用在小鼠模型中模擬與人患隱孢子蟲病相似病癥的隱孢子蟲(Cryptosporidium tyzzeri), 同時利用IVIS小動物活體成像系統(tǒng)幫助他們在體研究隱孢子蟲的感染以及宿主經(jīng)寄生蟲或疫苗免疫激活后的抗感染現(xiàn)象。該研究于近期發(fā)表在Cell子刊Cell Host & Microbe上。
要在小鼠體內(nèi)模擬人患隱孢子蟲病的合理模型,首先就需要找到相應(yīng)的隱孢子蟲。作者在農(nóng)場收集了大量小家鼠糞便,經(jīng)由測序,鑒定出一株與感染人的兩種隱孢子蟲(C. parvum和C. hominis)Z接近的一種鼠隱孢子蟲(C. tyzzeri)。同時為了后續(xù)在體觀察其感染模式以及宿主抗感染效果,作者通過CRISPR-Cas9技術(shù)將Luciferase基因和mCherry熒光蛋白導(dǎo)入到隱孢子蟲的基因組中,構(gòu)建了一株可以進(jìn)行活體以及顯微觀察的隱孢子蟲。
圖一C. tyzzeri的鑒定以及基因編輯 (上:隱孢子蟲種間基因組相似性比較,AB為常見感染人的兩種隱孢子蟲,C為常見感染鼠的隱孢子蟲)
構(gòu)建好的隱孢子蟲就可以進(jìn)行活體觀察了,由于有活力的隱孢子蟲可以表達(dá)Luciferase,在底物熒光素的作用下便可自發(fā)熒光,通過IVIS活體成像系統(tǒng)來實(shí)時監(jiān)測體內(nèi)隱孢子蟲的繁殖情況。作者將這一光學(xué)觀察方式與傳統(tǒng)的糞便qPCR檢測結(jié)果進(jìn)行驗證,二者具有很好的一致性。作者除了觀察到這一新鑒定的隱孢子蟲感染和人患隱孢子蟲病的感染部位以及病理表征一致之外,還觀察到了具有免疫缺陷的鼠(IFN-γ、Rag基因的敲除鼠 )也更易受到隱孢子蟲的危害,這一點(diǎn)與臨床上免疫缺陷病人的高發(fā)病致死率也剛好吻合。
圖二 C. tyzzeri感染模式觀察
有了這一能夠很好模擬人隱孢子蟲感染的實(shí)驗動物模型之后,便可以利用這一模型進(jìn)行隱孢子蟲的ZL以及疫苗的開發(fā)。由于臨床上隱孢子蟲高發(fā)地區(qū)人們在感染痊愈后再度感染的概率大大降低,因此作者首先檢驗了蟲體是否可以直接作為疫苗來進(jìn)行感染的預(yù)防。利用未經(jīng)Luciferase標(biāo)記的C. tyzzeri進(jìn)行第 一次感染,同時實(shí)驗組使用滅活的蟲體作為疫苗進(jìn)行第 一次免疫,在感染后用廣譜抗蟲藥巴龍霉素殺滅后用Luc標(biāo)記C. tyzzeri進(jìn)行二次感染,能夠觀察到接觸活蟲的小鼠幾乎不會發(fā)生二次感染,而使用滅活蟲體作為疫苗無法激活體內(nèi)免疫系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的抗感染作用。
圖三 使用滅活的C. tyzzeri無法預(yù)防感染
因此作者想到可以使用減毒的活蟲對宿主進(jìn)行第 一次免疫。通過射線進(jìn)行寄生蟲減毒處理,可以降低其感染力至無害水平。在減毒活蟲感染后30天,在使用Luc標(biāo)記的C. tyzzeri進(jìn)行感染,能夠觀察到該方法與野生型活蟲二次感染模型有著相同的抗感染作用,說明減毒的疫苗是一種行之有效的預(yù)防隱孢子蟲感染的方式。但是由于要調(diào)動自身免疫系統(tǒng),這一方法在免疫缺陷的小鼠身上仍不奏效。
圖四 使用減毒疫苗可以有效對隱孢子蟲進(jìn)行預(yù)防
雖然這篇文章也并未真正解決隱孢子蟲的抗感染問題,但是構(gòu)建出針對這一寄生蟲病的實(shí)驗小鼠模型已經(jīng)為后續(xù)的科研工作者嘗試更多ZL方案和預(yù)防措施提供了可操作可監(jiān)控的實(shí)驗工具。
參考文獻(xiàn)
1. A Genetically Tractable, Natural Mouse Model of Cryptosporidiosis Offers Insights into Host Protective Immunity. Adam Sateriale et al., 2019, Cell Host & Microbe 26, 1–12
https://doi.org/10.1016/j.chom.2019.05.00
關(guān)于珀金埃爾默:
珀金埃爾默致力于為創(chuàng)建更健康的世界而持續(xù)創(chuàng)新。我們?yōu)樵\斷、生命科學(xué)、食品及應(yīng)用市場推出獨(dú)特的解決方案,助力科學(xué)家、研究人員和臨床醫(yī)生解決Z棘手的科學(xué)和YL難題。憑借深厚的市場了解和技術(shù)專長,我們助力客戶更早地獲得更準(zhǔn)確的洞見。在,我們擁有12500名專業(yè)技術(shù)人員,服務(wù)于150多個國家,時刻專注于幫助客戶打造更健康的家庭,改善人類生活質(zhì)量。2018年,珀金埃爾默年營收達(dá)到約28億美元,為標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)中的一員,紐交所上市代號1-877-PKI-NYSE。
了解更多有關(guān)珀金埃爾默的信息,請訪問www.perkinelmer.com.cn。
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- IVIS視角 | 活體成像助力隱孢子蟲感染可視化模型構(gòu)建
隨著生活水平和YL衛(wèi)生狀況的不斷提升,寄生蟲感染在我們?nèi)粘I钪兴坪跻讶諠u陌生。但在一些欠發(fā)達(dá)地區(qū),由于貧困和不良的衛(wèi)生習(xí)慣造成的寄生蟲感染仍然威脅著無數(shù)生命。隱孢子蟲作為一種常見的人畜共患寄生蟲感染性疾病,是導(dǎo)致腹瀉病的主要原因。由于其經(jīng)由糞便傳播,所以常經(jīng)由水體污染而在衛(wèi)生條件較差的地區(qū)發(fā)生群體性感染。感染通常是自限性的,健康的成年人在發(fā)生第 一階段的較嚴(yán)重的腹瀉之后便可恢復(fù),但糞便仍可能具有傳染性。新生兒或免疫力低下的如艾滋病患者或經(jīng)免疫YZZL的病人在感染后病情較嚴(yán)重,是兒童早期死亡、營養(yǎng)不良和生長遲緩的重要原因,也是艾滋病人并發(fā)腹瀉死亡的主要原因。
現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的隱孢子蟲共有15個亞種,分別感染人、家禽、寵物、牲畜以及一些野生動物。由于不了解其致病機(jī)制,目前的ZL方案往往是對癥用藥而非對因用藥。由于不同物種間感染模式差異,在實(shí)驗動物(主要為牛等家畜)上應(yīng)對隱孢子蟲感染的有效疫苗往往對預(yù)防人的感染收效甚微。
針對以上問題,來自美國賓大獸醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可用在小鼠模型中模擬與人患隱孢子蟲病相似病癥的隱孢子蟲(Cryptosporidium tyzzeri), 同時利用IVIS小動物活體成像系統(tǒng)幫助他們在體研究隱孢子蟲的感染以及宿主經(jīng)寄生蟲或疫苗免疫激活后的抗感染現(xiàn)象。該研究于近期發(fā)表在Cell子刊Cell Host & Microbe上。
要在小鼠體內(nèi)模擬人患隱孢子蟲病的合理模型,首先就需要找到相應(yīng)的隱孢子蟲。作者在農(nóng)場收集了大量小家鼠糞便,經(jīng)由測序,鑒定出一株與感染人的兩種隱孢子蟲(C. parvum和C. hominis)Z接近的一種鼠隱孢子蟲(C. tyzzeri)。同時為了后續(xù)在體觀察其感染模式以及宿主抗感染效果,作者通過CRISPR-Cas9技術(shù)將Luciferase基因和mCherry熒光蛋白導(dǎo)入到隱孢子蟲的基因組中,構(gòu)建了一株可以進(jìn)行活體以及顯微觀察的隱孢子蟲。
圖一C. tyzzeri的鑒定以及基因編輯 (上:隱孢子蟲種間基因組相似性比較,AB為常見感染人的兩種隱孢子蟲,C為常見感染鼠的隱孢子蟲)
構(gòu)建好的隱孢子蟲就可以進(jìn)行活體觀察了,由于有活力的隱孢子蟲可以表達(dá)Luciferase,在底物熒光素的作用下便可自發(fā)熒光,通過IVIS活體成像系統(tǒng)來實(shí)時監(jiān)測體內(nèi)隱孢子蟲的繁殖情況。作者將這一光學(xué)觀察方式與傳統(tǒng)的糞便qPCR檢測結(jié)果進(jìn)行驗證,二者具有很好的一致性。作者除了觀察到這一新鑒定的隱孢子蟲感染和人患隱孢子蟲病的感染部位以及病理表征一致之外,還觀察到了具有免疫缺陷的鼠(IFN-γ、Rag基因的敲除鼠 )也更易受到隱孢子蟲的危害,這一點(diǎn)與臨床上免疫缺陷病人的高發(fā)病致死率也剛好吻合。
圖二 C. tyzzeri感染模式觀察
有了這一能夠很好模擬人隱孢子蟲感染的實(shí)驗動物模型之后,便可以利用這一模型進(jìn)行隱孢子蟲的ZL以及疫苗的開發(fā)。由于臨床上隱孢子蟲高發(fā)地區(qū)人們在感染痊愈后再度感染的概率大大降低,因此作者首先檢驗了蟲體是否可以直接作為疫苗來進(jìn)行感染的預(yù)防。利用未經(jīng)Luciferase標(biāo)記的C. tyzzeri進(jìn)行第 一次感染,同時實(shí)驗組使用滅活的蟲體作為疫苗進(jìn)行第 一次免疫,在感染后用廣譜抗蟲藥巴龍霉素殺滅后用Luc標(biāo)記C. tyzzeri進(jìn)行二次感染,能夠觀察到接觸活蟲的小鼠幾乎不會發(fā)生二次感染,而使用滅活蟲體作為疫苗無法激活體內(nèi)免疫系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的抗感染作用。
圖三 使用滅活的C. tyzzeri無法預(yù)防感染
因此作者想到可以使用減毒的活蟲對宿主進(jìn)行第 一次免疫。通過射線進(jìn)行寄生蟲減毒處理,可以降低其感染力至無害水平。在減毒活蟲感染后30天,在使用Luc標(biāo)記的C. tyzzeri進(jìn)行感染,能夠觀察到該方法與野生型活蟲二次感染模型有著相同的抗感染作用,說明減毒的疫苗是一種行之有效的預(yù)防隱孢子蟲感染的方式。但是由于要調(diào)動自身免疫系統(tǒng),這一方法在免疫缺陷的小鼠身上仍不奏效。
圖四 使用減毒疫苗可以有效對隱孢子蟲進(jìn)行預(yù)防
雖然這篇文章也并未真正解決隱孢子蟲的抗感染問題,但是構(gòu)建出針對這一寄生蟲病的實(shí)驗小鼠模型已經(jīng)為后續(xù)的科研工作者嘗試更多ZL方案和預(yù)防措施提供了可操作可監(jiān)控的實(shí)驗工具。
參考文獻(xiàn)
1. A Genetically Tractable, Natural Mouse Model of Cryptosporidiosis Offers Insights into Host Protective Immunity. Adam Sateriale et al., 2019, Cell Host & Microbe 26, 1–12
https://doi.org/10.1016/j.chom.2019.05.00
關(guān)于珀金埃爾默:
珀金埃爾默致力于為創(chuàng)建更健康的世界而持續(xù)創(chuàng)新。我們?yōu)樵\斷、生命科學(xué)、食品及應(yīng)用市場推出獨(dú)特的解決方案,助力科學(xué)家、研究人員和臨床醫(yī)生解決Z棘手的科學(xué)和YL難題。憑借深厚的市場了解和技術(shù)專長,我們助力客戶更早地獲得更準(zhǔn)確的洞見。在,我們擁有12500名專業(yè)技術(shù)人員,服務(wù)于150多個國家,時刻專注于幫助客戶打造更健康的家庭,改善人類生活質(zhì)量。2018年,珀金埃爾默年營收達(dá)到約28億美元,為標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)中的一員,紐交所上市代號1-877-PKI-NYSE。
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- 隱孢子蟲的實(shí)驗診斷
- IVIS視角——IVIS系統(tǒng)在植物領(lǐng)域的應(yīng)用(一)
在往期分享中,我們介紹了IVIS成像系統(tǒng)在動物水平的眾多應(yīng)用,其實(shí)IVIS同樣可以用于全植物成像。此次我們就分享IVIS在水稻氮代謝研究中的應(yīng)用。
氮是植物生長發(fā)育所必需的養(yǎng)分,但其在土壤中的濃度往往達(dá)不到Z佳作物生長濃度。因此,提高作物氮素利用率被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的一個主要目標(biāo)。然而,關(guān)于作物氮代謝仍有許多需要了解的地方。
在此,研究人員開發(fā)了一個分子傳感器系統(tǒng)來監(jiān)測水稻中氮的狀態(tài),該方法發(fā)表在《Frontiers in Plant Science》雜志上。研究中首先利用該系統(tǒng)研究了尿囊素的作用,尿囊素分解為尿囊素衍生的代謝物,在低濃度下作為氮源使用。參與尿素代謝的兩個基因尿囊素酶(OsALN)和尿素滲透酶1 (OsUPS1),對氮狀態(tài)高度敏感,在低氮條件下,OsALN迅速上調(diào),而高氮條件下OsUPS1表達(dá)上調(diào)?;谏鲜鰴C(jī)制,研究人員培育了含有氮分子傳感器系統(tǒng)的[proALN::ALN-LUC2]和[proUPS1::UPS1-LUC2]轉(zhuǎn)基因水稻。這種轉(zhuǎn)基因的表達(dá)可以模擬內(nèi)源性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,即OsALN和OsUPS1基因?qū)ν庠碞狀態(tài)的響應(yīng)。
文中使用兩種方法來測定分子氮傳感器的能力:
方法一:在長期培養(yǎng)中,轉(zhuǎn)基因水稻植株在高濃度氮源培養(yǎng)基(GM+N)或不含氮源的生長培養(yǎng)基(GM-N)中培養(yǎng)5天,隨后使用IVIS活體成像系統(tǒng)進(jìn)行成像及定量。
結(jié)果顯示,生長在GM+N培養(yǎng)基中的 proUPS1::UPS1-LUC2 水稻植株表現(xiàn)出更高的熒光素酶活性(圖1A)。為了對發(fā)光信號進(jìn)行定量,研究人員測定了5個獨(dú)立的純合系(具有單個基因拷貝)。生長在GM+N培養(yǎng)基中的proUPS1::UPS1-LUC2 植株發(fā)光信號強(qiáng)于GM-N組20倍,而強(qiáng)于對照組約2,800倍(圖1B)。
方法二:在短期培養(yǎng)實(shí)驗中,轉(zhuǎn)基因水稻植株先在GM-N培養(yǎng)基中培養(yǎng)4天,第5天在加入100nM硫酸銨。結(jié)果顯示,同長期實(shí)驗結(jié)果一樣,生長在后期加 氮培養(yǎng)基中proUPS1::UPS1-LUC2 植株,發(fā)光信號更強(qiáng)(圖1C)。同樣對5株獨(dú)立的純合系進(jìn)行了定量,生長在后期加N培養(yǎng)基中的proUPS1::UPS1-LUC2 植株生物發(fā)光信號強(qiáng)于GM-N培養(yǎng)基中約50倍,而強(qiáng)于對照組13,000倍(下圖1D)。
圖1.在高氮培養(yǎng)條件下,proUPS1::UPS1-LUC2 具有很強(qiáng)的發(fā)光信號。
(A)對照組和proUPS1::UPS1-LUC2 植株在GM+N或者GM–N培養(yǎng)基 中培養(yǎng)5天;
(B)5個獨(dú)立的純合子proUPS1::UPS1-LUC2 在(A)條件下,發(fā)光定量結(jié)果;
(C)對照組和proUPS1::UPS1-LUC2 植株在GM–N生長5天, 或者在GM–N培養(yǎng)基中生長4天,然后加入100 mM硝酸銨培養(yǎng)1天;
(D)5個獨(dú)立的純合子proUPS1::UPS1-LUC2 在(C)條件下的定量結(jié)果,以對照組作為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 。
這些結(jié)果說明,proUPS1::UPS1-LUC2 傳感器能夠通過發(fā)光信號水平檢測外源氮的情況。
同樣在研究中對proALN::ALN-LUC2 植株進(jìn)行了相同的處理。結(jié)果顯示,在長時間的培養(yǎng)實(shí)驗中,GM+N和GM-N培養(yǎng)基生長的proALN::ALN-LUC2 沒有明顯差異(圖2A)。對5株獨(dú)立的純品系進(jìn)行發(fā)光信號定量,相比GM+N培養(yǎng)基,GM-N培養(yǎng)基生長的proALN::ALN-LUC2 植株發(fā)光信號要高約1.8倍,比對照組高約17倍(圖2B)。因此很難鑒定GM+N和GM-N培養(yǎng)基對生長的影響。而在短時間培養(yǎng)實(shí)驗中,連續(xù)生長在GM-N培養(yǎng)基中的proALN::ALN-LUC2,發(fā)光信號要強(qiáng)于加高氮培養(yǎng)1天的。
圖2.在低氮培養(yǎng)條件下,proALN::ALN-LUC2 植株顯示強(qiáng)的生物發(fā)光信號。
(A)對照組和proALN::ALN-LUC2 植株,在GM+N or GM–N培養(yǎng)基中培養(yǎng).;
(B)A組相對定量結(jié)果;
(C)對照和proALN::ALN-LUC2 植株在 GM–N中培養(yǎng)5天,或者在GM–N培養(yǎng)基中培養(yǎng)4天,然后加入100 mM 硝酸銨再培養(yǎng)1天 ;
(D)C組相對定量結(jié)果;GM–N培養(yǎng)基生長的對照組植株作為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
此外,在文章中,還利用IVIS活體成像系統(tǒng),探討了該傳感器對于氮源是否具有選擇性及對于氮源的敏感性。結(jié)果顯示proUPS1::UPS1-LUC2 和proALN::ALN-LUC2 對于氮源無特異性,可以廣泛的作為水稻等植株中分子氮的傳感器。并且proUPS1: UPS1-LUC2 植株在硝酸銨、硫酸銨或硝酸鉀濃度> 1mM即表現(xiàn)出強(qiáng)烈的生物發(fā)光信號,而低氮濃度(< 0.01mM)信號減弱。0.1mM硝酸鉀proUPS1:: UPS1-LUC2 植株誘導(dǎo)強(qiáng)烈的生物發(fā)光信號,而0.1mM硝酸銨和硫酸銨則沒有。這表明, proUPS1::UPS1-LUC2 傳感器監(jiān)測高氮狀態(tài),低氮狀態(tài)。proALN::ALNLUC2 在低氮濃度(<0.1 mM)下表現(xiàn)出較強(qiáng)的熒光素酶活性,而在高氮濃度下表現(xiàn)出較弱的活性(> 10mM)。
綜上,分子氮傳感器的信號反映了分子氮的內(nèi)部狀態(tài)。結(jié)合IVIS活體成像技術(shù),proALN::ALN-LUC2和proUPS1::UPS1-LUC2 可作為分子傳感器在不同研究中監(jiān)測大米內(nèi)部氮狀態(tài)。
文獻(xiàn)來源:Dong-Keun Lee, Mark C. F. R. Redillas, Harin Jung, Seowon Choi, Youn Shic Kim and Ju-Kon Kim. A Nitrogen Molecular Sensing System, Comprised of the ALLANTOINASE and UREIDE PERMEASE 1 Genes, Can Be Used to Monitor N Status in Rice. Front. Plant Sci, 18 April 2018.
- 隱翅蟲怕不怕花露水
- IVIS視角:“餓死”那些癌細(xì)胞——饑餓療法在腫瘤ZL領(lǐng)域的應(yīng)用
腫瘤在體內(nèi)只有一個目標(biāo),就是不停地生長!生長!生長!在生長的過程中不可避免的要消耗掉大量的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì),所以腫瘤會構(gòu)建自身的血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于養(yǎng)分和氧氣的輸送,這些腫瘤內(nèi)部搭建的血管就是腫瘤的能量供應(yīng)站。因此切斷腫瘤的主動營養(yǎng)供應(yīng),破壞腫瘤的能量代謝系統(tǒng),就能YZ腫瘤細(xì)胞的增殖,從而“餓死”癌細(xì)胞。
但是,這種能量切斷不是廣義上的讓病人減少進(jìn)食,或者少吃營養(yǎng)的東西,這樣會使正常組織得不到足夠的能量導(dǎo)致免疫力下降。真正的饑餓療法具有選擇性,可以特異性的YZ腫瘤細(xì)胞的代謝過程(圖1),實(shí)現(xiàn)對腫瘤的jing準(zhǔn)致命打擊。
圖1 特異性YZ腫瘤細(xì)胞能量代謝
級聯(lián)納米酶靶向腫瘤“饑餓”環(huán)境
通過級聯(lián)納米催化藥物的設(shè)計,將葡萄糖氧化酶(GOx)和過氧化氫酶(CAT)通過pH響應(yīng)的聚合物交聯(lián)形成級聯(lián)納米酶,通過血清蛋白將納米酶和抗腫瘤前藥復(fù)合形成納米藥物。腫瘤的酸性環(huán)境可以將納米酶釋放,COx迅速消耗腫瘤細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖和氧氣,產(chǎn)生饑餓和缺氧環(huán)境,切斷腫瘤能量供應(yīng)的同時提升前藥系統(tǒng)的化學(xué)治LX果,并且消耗葡萄糖產(chǎn)生的毒副產(chǎn)物H2O2也可以快速被CAT分解,以避免產(chǎn)生全身毒性。這種結(jié)合靶向饑餓環(huán)境并結(jié)合缺氧化學(xué)ZL的方案可以有效YZ腫瘤細(xì)胞的增殖,不會產(chǎn)生毒副作用,通過小動物光學(xué)成像可以清楚的看到級聯(lián)納米酶顆粒在腫瘤部位的富集隨時間的變化情況,以及48小時后納米酶顆粒在各個臟器中的分布情況。
圖2 基于級聯(lián)納米酶的納米藥物設(shè)計以及在體內(nèi)的靶向分布情況
參考文獻(xiàn)
Ma Y, Zhao Y, Bejjanki N K, et al. Nanoclustered Cascaded Enzymes for Targeted Tumor Starvation and Deoxygenation-Activated Chemotherapy without Systemic Toxicity[J]. ACS nano, 2019, 13(8): 8890-8902.
光照誘導(dǎo)腫瘤能量代謝阻斷
通過新型納米顆粒的構(gòu)建,利用腫瘤細(xì)胞高表達(dá)組織蛋白酶B的特性,設(shè)計酶剪切開關(guān),將載有光敏劑的介孔納米硅和和定位序列修飾的氧化鎢顆粒偶聯(lián)在一起形成行星-衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。被腫瘤細(xì)胞攝取后納米顆??梢员桓弑磉_(dá)的組織蛋白酶B剪切,行星-衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分開,配合不同波段的光照同時引發(fā)光動力和光熱效應(yīng),切斷腫瘤氧化磷酸化和糖酵解過程,阻斷能量供應(yīng),YZ腫瘤的增殖。通過小動物活體光學(xué)成像進(jìn)行肝部轉(zhuǎn)移腫瘤的體內(nèi)表征,實(shí)驗結(jié)果表明這種納米顆粒配合光照可以有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生“饑餓”環(huán)境,通過YZ腫瘤細(xì)胞能量供應(yīng)清除體內(nèi)的轉(zhuǎn)移腫瘤。而正常細(xì)胞內(nèi)組織蛋白酶B含量不足,行星-衛(wèi)星結(jié)構(gòu)無法分開,在光照過程中光動力產(chǎn)生的單線態(tài)氧可以進(jìn)一步氧化納米氧化鎢顆粒,阻礙光熱反應(yīng)的發(fā)生,不會影響到正常組織的代謝過程,證實(shí)了可以基于能量代謝的腫瘤選擇性jing準(zhǔn)ZL策略的可行性。
圖3 光照切斷腫瘤細(xì)胞能量供應(yīng)
參考文獻(xiàn)
Huo D, Zhu J, Chen G, et al. Eradication of unresectable liver metastasis through induction of tumour specific energy depletion[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1-17.
- 熒光探針應(yīng)用細(xì)胞成像,怎樣找活體細(xì)胞
- IVIS視角 | 穿上 “細(xì)胞膜吉利服”的納米載體在體內(nèi)必將威力大增
眾所周知,多功能納米載體可以有效識別腫瘤細(xì)胞并且在體外具有良好的抗腫瘤效果。但是目光轉(zhuǎn)向體內(nèi),這些納米載體往往在免疫系統(tǒng)的攻擊下集體失靈。因為,人體免疫系統(tǒng)將會感知納米載體的入侵,并且非常努力的把我們精心設(shè)計的載體清除掉。一旦納米載體被清除掉,藥物就很難到達(dá)目標(biāo)腫瘤區(qū)域,很難實(shí)現(xiàn)殺傷腫瘤的效果。因此,納米醫(yī)學(xué)的一個非常重要的課題就是在不破壞免疫系統(tǒng)的前提下,讓納米載體躲避免疫系統(tǒng)的攻擊。
傳統(tǒng)的解決方案我們都是通過在納米載體表面攜帶各種偽裝工具,盡量和免疫細(xì)胞捉迷藏,能躲則躲,絕不露面。但是這些載體也很容易迷路, 到達(dá)深層腫瘤部位的很少,并且在和免疫系統(tǒng)的斗智斗勇中,還會激發(fā)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生新的抗體從而加速納米載體的清除,因此很難達(dá)到ZL的效果。而隨著仿生納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展,科學(xué)家們可以讓納米載體穿上“吉利服”,不但可以在免疫系統(tǒng)中潛伏下來,還可以大搖大擺的從免疫細(xì)胞的眼皮底下蒙混過關(guān),發(fā)揮極大功效。這種“吉利服”就是細(xì)胞膜提取物,不同種類細(xì)胞提取的細(xì)胞膜包覆在納米載體表面還可以表現(xiàn)出特殊的功效,像紅細(xì)胞膜或者一些免疫細(xì)胞膜可以提高納米載體的體內(nèi)循環(huán)時間,腫瘤細(xì)胞膜可以特異識別同源腫瘤等。穿上“細(xì)胞膜吉利服”之后,納米載體將顯現(xiàn)各方面的優(yōu)勢和潛力,從而成為近年來多功能納米載體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
1、T細(xì)胞膜包裹下仿生納米藥物的免疫識別增強(qiáng)
通過糖代謝技術(shù),獲取嵌入疊氮基團(tuán)(N3)的功能化T細(xì)胞,并提取功能化T細(xì)胞膜包裹在吲哚菁綠/聚合物納米載體表面,構(gòu)建仿生納米光敏劑。功能化T細(xì)胞膜上不但原本的抗原受體可以賦予納米光敏劑識別腫瘤細(xì)胞的能力,并且N3基團(tuán)可以識別腫瘤細(xì)胞糖代謝靶點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)納米載體在腫瘤內(nèi)部的富集,通過小動物光學(xué)成像可以清楚的看到T細(xì)胞膜包裹下仿生納米藥物在腫瘤部位的靶向作用,從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)腫瘤的jing準(zhǔn)可視化ZL。
功能化T細(xì)胞膜仿生納米顆粒實(shí)現(xiàn)特異性的腫瘤靶向和jing準(zhǔn)光熱ZL
參考文獻(xiàn):T Cell Membrane Mimicking Nanoparticles with Bioorthogonal Targeting and Immune Recognition for Enhanced Photothermal Therapy. Advanced Science. 2019: 1900251.
2、生物學(xué)重編程全抗原細(xì)胞膜助力納米疫苗的研發(fā)
將腫瘤細(xì)胞和樹突細(xì)胞融合細(xì)胞的生物學(xué)重編程細(xì)胞膜包覆在金屬有機(jī)化合物表面,構(gòu)建腫瘤疫苗可以在融合細(xì)胞膜表面表達(dá)大量免疫刺激分子,從而使得包裹融合細(xì)胞膜的納米載體像抗原呈遞細(xì)胞一樣直接作用T細(xì)胞從而激活免疫反應(yīng)。通過小動物光學(xué)成像,可以看到重編程細(xì)胞膜包覆的納米載體在體內(nèi)長循環(huán)到達(dá)腫瘤部位的過程。到達(dá)腫瘤部位的納米載體還可以被樹突細(xì)胞識別,從而誘導(dǎo)樹突細(xì)胞成熟,增強(qiáng)免疫效果,Z終消除腫瘤,從而拓展腫瘤ZL平臺。
生物學(xué)重編程細(xì)胞膜包裹納米載體的過程以及腫瘤免疫的激活
參考文獻(xiàn): Cytomembrane nanovaccines show therapeutic effects by mimicking tumor cells and antigen presenting cells. Nature Communications. 2019, 10(1): 3199.
3、腫瘤細(xì)胞膜包裹的黑磷納米載體拓寬光熱腫瘤免疫ZL
手術(shù)切除的腫瘤組織含有對患者特異性的新抗原,是成為制備個體化腫瘤疫苗Z好的材料來源。作者利用細(xì)胞膜封裝的方式在二維光熱黑磷量子點(diǎn)(BPQDs)表面包裹腫瘤組織的細(xì)胞膜,從而制備具有光熱效應(yīng)的納米腫瘤疫苗(BPQD-CCNVs),并且把納米腫瘤疫苗和集落刺激因子(GM-CSF)裝入熱敏水凝膠中。皮下注射水凝膠后可以在紅外光的作用下持續(xù)釋放納米疫苗以及集落刺激因子,招募并激活DC細(xì)胞,從而捕獲腫瘤抗原并激活腫瘤特異性T細(xì)胞。同時,尾靜脈注射PD-1YZ劑,阻斷PD-1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)通路,增強(qiáng)T細(xì)胞抗腫瘤免疫應(yīng)答效應(yīng)。通過活體光學(xué)成像我們可以對腫瘤進(jìn)行生物發(fā)光標(biāo)記,從而長期連續(xù)監(jiān)測腫瘤在體內(nèi)的發(fā)展情況。實(shí)驗結(jié)果表明通過光熱免疫ZL可以有效清除實(shí)體腫瘤同時YZ術(shù)后轉(zhuǎn)移的復(fù)發(fā)。
(A)光熱腫瘤免疫實(shí)驗設(shè)計思路;
(B)FITC標(biāo)記的水凝膠在體內(nèi)的降解情況;
(C)個性化光熱腫瘤免疫ZL可以有效YZ術(shù)后實(shí)體腫瘤的復(fù)發(fā);
(D)個性化光熱腫瘤免疫ZL可以有效YZ術(shù)后腫瘤的轉(zhuǎn)移。
參考文獻(xiàn):Surgical Tumor-Derived Personalized Photothermal Vaccine Formulation for Cancer Immunotherapy. ACS nano. 2019, 13(3): 2956-2968.
珀金埃爾默擁有先進(jìn)的分子影像技術(shù),其小動物活體成像系統(tǒng)為生物醫(yī)學(xué)的各種研究領(lǐng)域(包括腫瘤、干細(xì)胞、傳染病、炎癥、免疫性疾病、神經(jīng)疾病、心血管疾病、代謝疾病、基因ZL、納米材料、新藥研發(fā)、植物學(xué)等)提供了完整的成像解決方案。
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