杜克大學(xué)和阿爾伯特愛(ài)因斯坦醫(yī)學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)和基因工程師設(shè)計(jì)了一種小型熒光蛋白，可以發(fā)射和吸收深入生物組織的光。這種蛋白質(zhì)針對(duì)近紅外 (NIR) 光譜中的波長(zhǎng)量身定制，可以幫助研究人員捕獲更深入、更清潔、更精確的生物醫(yī)學(xué)圖像。
這項(xiàng)工作于 12 月 1 日發(fā)表在《自然方法》雜志上。
用光對(duì)深層組織成像具有挑戰(zhàn)性。可見(jiàn)光通常會(huì)被體內(nèi)的結(jié)構(gòu)和分子迅速吸收和散射，從而使研究人員無(wú)法看到組織內(nèi)超過(guò)一毫米的深度。如果他們?cè)O(shè)法進(jìn)一步探測(cè)，膠原蛋白或黑色素等物質(zhì)通常會(huì)使圖像變得模糊，通過(guò)它們的自然熒光產(chǎn)生相當(dāng)于背景噪音的物質(zhì)。
杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授 Junjie Yao 說(shuō)：“生物分子自然地吸收和發(fā)射可見(jiàn)光譜中的光，大約在 350 到 700 納米之間。”“因此，當(dāng)使用它對(duì)深層組織成像時(shí)，就像試圖在白天觀察星星一樣。信號(hào)被淹沒(méi)了。”
為了走出這些渾水，Yao 和他的合作者、紐約阿爾伯特愛(ài)因斯坦醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授 Vladislav Verkhusha 開(kāi)發(fā)了一種蛋白質(zhì)，它可以吸收和發(fā)射近紅外 (NIR) 光譜中更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。
“在近紅外光的 700-1300 納米窗口中，組織是最透明的，”姚說(shuō)。“在這些波長(zhǎng)下，光可以更深入地穿透組織，而且由于過(guò)濾掉的自然背景熒光較少，我們可以進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的曝光并捕獲更清晰的圖像。”
Verkhusha 和他的實(shí)驗(yàn)室使用一種稱為定向分子進(jìn)化的過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)他們的蛋白質(zhì)，使用通常在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的光感受器作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。這些感光器對(duì)成像研究很有用，因?yàn)楫?dāng)受到特定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，它們可以在靜默和活躍狀態(tài)之間切換。它們可以與膽綠素結(jié)合，膽綠素是一種在哺乳動(dòng)物和人體組織中大量出現(xiàn)的生物分子。
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