Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Визуализация сконструированной E. coli Nissle 1917 в кишечнике мыши

Биолюминесцентная визуализация (BLI) - это технология, разработанная за последнее десятилетие, которая позволяет неинвазивно изучать текущие биологические процессы . В последнее время стала возможной биолюминесцентная томография (БЛТ), и несколько систем стали коммерчески доступными. В 2011 году PerkinElmer приобрела одну из самых популярных линий оптических систем визуализации с биолюминесценцией у Caliper Life Sciences. [1]

Фон [ править ]

Биолюминесценция - это процесс излучения света в живых организмах . Визуализация биолюминесценции использует естественное световое излучение одного из нескольких биолюминесцентных организмов. Три основных источника - это североамериканские светлячки , морские анютины глазки (и связанные с ними морские организмы) и такие бактерии, как Photorhabdus luminescens и Vibrio fischeri . ДНК , кодирующие белок люминесцентного встроены в лабораторных животное либо с помощью вирусного вектора или путем создания трансгенного животного . Модели распространения рака на грызунах можно изучить с помощью биолюминесцентной визуализации. Например,Мышиные модели метастазов рака груди .

Системы, полученные из трех вышеупомянутых групп, различаются ключевыми способами:

  • Люцифераза светлячков требует, чтобы D-люциферин был введен субъекту перед визуализацией. Пиковая длина волны излучения составляет около 560 нм. Из-за ослабления сине-зеленого света в тканях красный сдвиг (по сравнению с другими системами) этого излучения делает обнаружение люциферазы светлячков гораздо более чувствительным in vivo.
  • Люцифераза Renilla (из морских анютиных глазок ) также требует инъекции субстрата, коэлентеразина. В отличие от люциферина, целентеразин имеет более низкую биодоступность (вероятно, из-за того, что MDR1 транспортирует его из клеток млекопитающих). Кроме того, пиковая длина волны излучения составляет около 480 нм.
  • Бактериальная люцифераза имеет преимущество в том, что оперон lux,   используемый для ее экспрессии, также кодирует ферменты, необходимые для биосинтеза субстрата. Хотя первоначально считалось, что он функционирует только в прокариотических организмах, где он широко используется для разработки биолюминесцентных патогенов, он был генетически модифицирован для работы в системах экспрессии млекопитающих. [2] [3] Эта люциферазная реакция имеет максимальную длину волны около 490 нм.

Хотя общее количество света, излучаемого биолюминесценцией, обычно невелико и не обнаруживается человеческим глазом, сверхчувствительная камера CCD может отображать биолюминесценцию с внешней точки обзора .

Приложения [ править ]

Общие применения BLI включают исследования in vivo инфекции [4] (с биолюминесцентными патогенами), прогрессирования рака (с использованием линии биолюминесцентных раковых клеток) и кинетики восстановления (с использованием биолюминесцентных стволовых клеток ). [5]

Исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета штата Калифорния показали, что биолюминесцентная визуализация может использоваться для определения эффективности противораковых препаратов, которые перекрывают кровоснабжение опухоли. Этот метод требует добавления люциферина в кровоток, который переносит его в клетки по всему телу. Когда люциферин достигает клеток, которые были изменены, чтобы нести ген светлячка, эти клетки излучают свет. [6]

Обратная задача BLT - трехмерная реконструкция распределения биолюминесцентных молекул по данным, измеренным на поверхности животных, по своей сути некорректна. Первое исследование на мелких животных с использованием BLT было проведено исследователями из Университета Южной Калифорнии , Лос-Анджелес , США, в 2005 году. После этого исследования многие исследовательские группы в США и Китае создали системы, позволяющие использовать BLT.

К растениям горчицы добавлен ген, который заставляет светлячки светиться, так что растения светятся при прикосновении. Эффект длится час, но нужна сверхчувствительная камера, чтобы увидеть свечение. [7]

Автолюминограф [ править ]

Autoluminograph является фотографией производится путем размещения света , излучающий объект непосредственно на листе пленки . Известный пример - автолюминограф, опубликованный в журнале Science в 1986 году [8] светящегося трансгенного растения табака, несущего ген люциферазы светлячков, помещенный на пленку Kodak Ektachrome 200.

Визуализация индуцированной метаболической биолюминесценции [ править ]

Визуализация индуцированной метаболической биолюминесценции (imBI) используется для получения метаболического снимка биологических тканей. [9] Метаболиты, которые можно количественно определить с помощью imBI, включают глюкозу, лактат, пируват, АТФ, глюкозо-6-фосфат или D2-гидроксиглутурат. [10] imBI можно использовать для определения концентрации лактата в опухолях или для измерения метаболизма в головном мозге. [10] [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "PerkinElmer приобретает Caliper Life Sciences за 600 миллионов долларов наличными | Основные новости GEN | GEN" . GEN . Проверено 10 июня 2016 .
  2. ^ Близко, Дэн М .; Паттерсон, Стейси С .; Рипп, Стивен; Baek, Seung J .; Сансеверино, Джон; Сэйлер, Гэри С. (2010). Пан, Сяопин (ред.). «Автономная биолюминесцентная экспрессия кассеты генов бактериальной люциферазы (люкс) в клеточной линии млекопитающих» . PLOS ONE . 5 (8): e12441. Bibcode : 2010PLoSO ... 512441C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0012441 . PMC 2929204 . PMID 20805991 .  
  3. ^ Близко, Дэн М .; Hahn, Ruth E .; Паттерсон, Стейси С .; Baek, Seung J .; Рипп, Стивен А .; Сэйлер, Гэри С. (2011). «Сравнение оптимизированной для человека бактериальной люциферазы, люциферазы светлячка и зеленого флуоресцентного белка для непрерывной визуализации клеточной культуры и животных моделей» . Журнал биомедицинской оптики . 16 (4): 047003–047003–10. Bibcode : 2011JBO .... 16d7003C . DOI : 10.1117 / 1.3564910 . PMC 3094131 . PMID 21529093 .  
  4. ^ Xiong, Yan Q .; Уиллард, Джули; Kadurugamuwa, Jagath L .; Ю, Джун; Фрэнсис, Кевин П .; Байер, Арнольд С. (2004). "Биолюминесцентная визуализация in vivo в реальном времени для оценки эффективности антибиотиков на модели эндокардита, вызванного Staphylococcus aureus у крыс" . Противомикробные средства и химиотерапия . 49 (1): 380–7. DOI : 10,1128 / AAC.49.1.380-387.2005 . PMC 538900 . PMID 15616318 .  
  5. ^ Ди Рокко, Джулиана; Джентиле, Антониетта; Антонини, Анналиса; Труффа, Сильвия; Пьяджо, Джулия; Capogrossi, Maurizio C .; Тойетта, Габриэле (1 сентября 2012 г.). «Анализ биораспределения и приживления в печени генетически модифицированных мезенхимальных стромальных клеток, полученных из жировой ткани» (PDF) . Трансплантация клеток . 21 (9): 1997–2008. DOI : 10.3727 / 096368911X637452 . PMID 22469297 . S2CID 21603693 .   
  6. ^ Чжао, Давэн; Ричер, Эдмонд; Антич, Питер П .; Мейсон, Ральф П. (2008). «Противоваскулярные эффекты комбретастатина А4 фосфата в ксенотрансплантате рака молочной железы, оцененные с помощью динамической биолюминесцентной визуализации и подтвержденные МРТ» . Журнал FASEB . 22 (7): 2445–51. DOI : 10.1096 / fj.07-103713 . PMC 4426986 . PMID 18263704 . Краткое содержание - Newswise (29 мая 2008 г.).  
  7. ↑ Д-р Крис Райли, «Светящиеся растения демонстрируют чувствительность к прикосновениям», BBC 17 мая 2000 г.
  8. ^ Ой, DW; Дерево, КВ; DeLuca, M .; де Вет, младший; Хелински, Д.Р. и Хауэлл, С.Х. (1986). «Временная и стабильная экспрессия гена люциферазы светлячка в растительных клетках и трансгенных растениях». Наука . 234 (4778). Американская ассоциация развития науки. п. 856. ISSN 0036-8075 . 
  9. ^ a b Валента, Стефан; Voelxen, Nadine F .; Sattler, Ulrike GA; Мюллер-Клизер, Вольфганг (2014). «Локализация и количественная оценка метаболитов на месте с помощью люминометрии: визуализация индуцированной метаболической биолюминесценции (ImBI)». Энергетический метаболизм мозга . Нейрометоды. 90 . С. 195–216. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-1059-5_9 . ISBN 978-1-4939-1058-8.
  10. ^ a b Паркс, Скотт К .; Мюллер-Клизер, Вольфганг; Пуиссегюр, Жак (2020). «Лактат и кислотность в микросреде рака» . Ежегодный обзор биологии рака . 4 : 141–158. DOI : 10,1146 / annurev-cancerbio-030419-033556 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Хатченс, Марта; Люкер, Гэри Д. (2007). «Применение биолюминесцентной визуализации для изучения инфекционных заболеваний» (PDF) . Клеточная микробиология . 9 (10): 2315–22. DOI : 10.1111 / j.1462-5822.2007.00995.x . ЛВП : 2027,42 / 73608 . PMID  17587328 .
  • Чаудхари, Абхиджит Дж; Дарвас, Феликс; Бэдинг, Джеймс Р.; Moats, Rex A; Конти, Питер С; Смит, Десмонд Дж; Черри, Саймон Р.; Лихи, Ричард М (2005). «Гиперспектральная и мультиспектральная биолюминесцентная оптическая томография для визуализации мелких животных». Физика в медицине и биологии . 50 (23): 5421–41. Bibcode : 2005PMB .... 50.5421C . DOI : 10.1088 / 0031-9155 / 50/23/001 . PMID  16306643 .
  • Ван, Ге; Ли, Йи; Цзян, Мин (2004). "Теоремы единственности в биолюминесцентной томографии" (PDF) . Медицинская физика . 31 (8): 2289–99. Bibcode : 2004MedPh..31.2289W . DOI : 10.1118 / 1.1766420 . ЛВП : 10211,3 / 198368 . PMID  15377096 .