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《Cell》張鋒創DNA顯微鏡 建構細胞新成像技術

2019.06.24 環球生技雜誌記者/李林璦 編譯

左圖為一般光學成像,右圖為DNA顯微鏡之細胞群成像(圖片來源:Cell)

左圖為一般光學成像,右圖為DNA顯微鏡之細胞群成像(圖片來源:Cell)

近日(20),美國哈佛-麻省理工布羅德研究所(Broad Institute)和麥高文腦研究中心(the McGovern Institute for Brain Research)的華裔科學家張鋒與另外兩位科學家Joshua A. Weinstein和Aviv Regev開發了一種細胞顯影的新技術—DNA顯微鏡,可能可以通過識別能攻擊腫瘤的免疫細胞來幫助改善某些癌症治療。該研究發表於《Cell》上。 

不同於一般的光學或電子顯微鏡,DNA顯微鏡利用DNA本身作為工具,將分子資訊與空間資料結合起來,能夠顯示細胞和組織中的DNA和RNA的排列情況,並揭示了其它顯微鏡難以獲得的空間和分子資訊。 

除了功能上的獨特性,DNA顯微鏡的另一巨大優勢是,不需要專門的設備,且可以同時處理大量的樣本。 

為了將組織樣本視覺化,研究人員創建了可以追蹤細胞中RNA的短片段DNA分子,並在DNA上添加標籤,這些標籤可附著在細胞內的遺傳物質上,接著標籤經過複製,以“雲”的形式在細胞間擴散,並且互相作用,進一步結合,創造出更獨特的DNA標籤;最後,研究人員收集被標記的遺傳物質,然後對其進行測序和計算解碼,以重建它們的相對位置和樣本的物理圖像。 

這些DNA標籤之間的相互作用使研究人員能夠通過計算來取得不同分子的位置,類似於手機基地台透過三角檢證法針對手機進行定位。 

研究中,張鋒等人證明了可以通過標記RNA分子,來繪製樣本中人類癌細胞的位置。研究團隊認為,DNA顯微鏡有望用於描繪任何能與合成DNA標籤相互作用的分子群,包括細胞基因體、RNA或帶有DNA標記的蛋白質。 

為了確定這項技術的有效性,科學家們利用攜帶綠色或紅色蛋白針對基因進行標記。結果顯示,儘管用DNA顯微鏡生成的圖像不如光學顯微鏡拍攝的圖像清晰,但DNA顯微鏡可區分帶有不同基因的細胞。此外,DNA顯微鏡還捕捉到了細胞的排列。 

論文第一作者兼通訊作者Joshua Weinstein表示,我們的目標不是取代光學顯微鏡,但DNA顯微鏡能夠做一些光學顯微鏡做不到的事情。例如,光學顯微鏡往往無法區分具有DNA差異的細胞,如具有特定突變的腫瘤細胞或免疫細胞,而DNA顯微鏡可能可以通過識別能攻擊腫瘤的免疫細胞來幫助改善某些癌症治療。此外,DNA顯微鏡也有望幫助科學家研究神經系統的發育,因為在發育過程中,細胞通常會產生獨特的、使它們能夠形成特殊蛋白質的RNA。 

不過,瑞典皇家理工學院的分子技術專家Joakim Lundeberg認為,儘管這項技術非常酷,但該還只是初期的研究。科學家們還需要進一步確定DNA顯微鏡的能力,如果它能夠產生樣本中細胞的3D圖像,那麼將會非常有價值。 

參考資料:https://www.sciencemag.org/news/2019/06/researchers-use-dna-take-pictures-cells

“History Doesn't Repeat Itself, but It Often Rhymes” – Mark Twain.

文章分類 科學要聞

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