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团队开发针对细胞操作的靶向光敏剂

2019-01-31 15:35:54 • 来源：

由卡内基梅隆大学分子和生物传感器成像中心(MBIC)主任Marcel Bruchez领导的研究人员将荧光探针重新设计成一种强大的光遗传光敏剂，可用于操纵细胞。该技术可以帮助研究人员更好地了解某些细胞和蛋白质在日常功能和疾病中的作用，并可能用作癌症和其他疾病的靶向治疗。他们的研究结果今天由Nature Methods在线发表。

团队开发针对细胞操作的靶向光敏剂

光遗传学是指光用于控制生物功能的过程。研究人员通过将光活化组分编程为生物体的遗传密码来实现这一目标。当这些成分暴露在光线下时，它们会使生物体的某些部分发挥不同的作用。

Bruchez和他的团队在过去十年中开发了称为荧光激活蛋白(FAPs)的荧光探针，用于实时监测活细胞中的蛋白质活性。FAP在细胞中基因表达，可以与研究人员希望研究的特定蛋白质相关联。当FAP与一种叫做荧光素的荧光染料接触时，复合物会亮起，使研究人员能够查看和跟踪蛋白质。“我们意识到我们不必将我们的技术限制为成像工具，”生物科学和化学系副教授Bruchez说。“通过一些修改，我们可以将其转化为生物操纵工具。”

为了创造他们的光遗传标签，研究人员设计了一种染料，它不仅会发光，而且还会产生单线态氧 - 一种有毒形式的氧 - 当它与FAP结合并暴露在光线下时。这种FAP-Targeted and Activated PhotoSensitizer方法(FAP-TAPS)不仅可以让研究人员可视化他们所针对的蛋白质，还可以用于选择性地灭活蛋白质。

以前开发这种光敏剂的尝试受限于它们不能选择性地结合靶蛋白质以及它们对生物损伤波长的高剂量光的需要。FAP-TAPS复合物通过FAP的精确定位特征以及远红外或近红外光谱中的光的使用克服了这些障碍。这些波长的光是组织穿透和生物安全的。与其他光敏剂(如杀手红)相比，FAP-TAPS方法也需要更少的光照。此外，单线态氧在短程内具有生物反应性，因此它不会损害细胞其他区域的蛋白质或生物体其他区域的细胞。

在论文中，研究人员证明了FAP-TAPS模块在斑马鱼群体中的有效性。他们首先创造了一种仅在心肌细胞中表达FAP模块的鱼。然后他们加入染料并将鱼暴露在光线下。在幼虫鱼中，效果立竿见影 - 心脏停止跳动，血流停止。在成鱼中，鱼表现出心脏毒性反应，并开始将心肌细胞转化为增殖细胞，在几天内修复损伤。除了概念验证，结果显示FAP-TAPS可用于研究斑马鱼的心脏再生。

研究人员还认为，FAP-TAPS有可能用于各种其他目的，包括健康相关和基础研究。这些区域包括肿瘤消融，活性氧信号传导和神经系统的操纵。

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