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突破性的染色体成像可以帮助开发新的治疗方法

染色体,每个含有数百或数千个基因,就像细胞如何发育和表现的详细说明书一样。人类基因组由23对染色体组成,含有超过30亿个碱基对DNA,但即使染色体结构中最小的突变或变异也会对人类发育和疾病产生巨大影响。

突破性的染色体成像可以帮助开发新的治疗方法

为了充分了解与细胞分裂错误相关的疾病范围,科学家们必须能够详细检查健康和患病的染色体。更好地成像和理解染色体机制将增加对人类疾病原因的了解并帮助药物发现。欧盟资助的CHROMAVISION项目正在应对这一挑战。

该项目的研究人员开发了一种突破性的成像和操作平台,使分子生物学家能够放大染色体的微小细节。它将允许科学家自动从小组织或细胞样本中分离出单个染色体,并将它们送到超分辨率显微镜。

“染色体异常是许多疾病的特征,如癌症,由于母亲衰老导致的生育能力下降,以及脆性X综合征等神经系统疾病,”CHROMAVISION项目协调员Gijs Wuite在阿姆斯特丹自由大学说。因此,我们的目标是大大改善染色体图像,以便了解这些异常情况以及由于染色体分离错误而产生的许多重要疾病。

单分子操作

染色体异常通常在细胞生命周期的中期阶段最清楚地揭示,当时染色体在细胞分裂之前变稠和凝聚。因此,CHROMAVISION的研究人员专注于开发新的解决方案,以自动隔离组织和细胞样本中的单个中期染色体。

该方法利用了许多尖端的单分子操作技术。其中包括一种创新的光学流体芯片 - 一种能够将染色体与其他细胞材料隔离开来的芯片实验室设备 - 以及用于捕获和操纵单个染色体的光学镊子。然后可以通过超分辨率荧光显微镜在3D中成像分离的染色体。

这些工具结合起来形成了超分辨率相关镊子荧光显微镜,这是一种由工业项目合作伙伴Lumicks商业化的染色体成像设备,这是一家从阿姆斯特丹自由大学分拆出来的,为研究人员提供动态单分子分析仪器。

高分辨率3D图像将使研究人员能够非常详细地研究染色体,解决临床和基础研究中的关键挑战,并可能通过识别可能与疾病相关的异常来实现突破性发现。

3D,超分辨率,实时图像

“这种仪器将首次在接近生理条件下实现3D,超分辨率,实时中期染色体观察和操作研究,”Wuite说。“中期染色体成像的工具和工作流程现在或多或少都已完成,我们正在积极开展示范项目,以说明技术组合的力量。”

该平台还具有重要的临床价值,可以识别和监测癌症的异质性,基因组不稳定性和肿瘤的多样性,使其对治疗产生抗性。

“更好的成像和对染色体机制的理解将极大地扩展我们对人类疾病的起因和起源的认识,并将有助于药物发现和新疗法的开发,”Wuite说。

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