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原标题 “纳米生物间谍”技术能进入活细胞取样 可用于深入揭示线粒体基因组变异的重要性 科技日报讯 据物理学家组织网近日报道,美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校(UCSC)研究人员开发出一种机器人式的“纳米生物间谍”系统,能从单个活细胞内提取出微量样本,进行RNA或DNA测序,而不会杀死细胞。研究人员表示,这种单细胞“纳米生物间谍”技术是一种了解活细胞内部动态过程的有力工具。相关论文发表在最近出版的美国化学协会《纳米》杂志上。 “我们能从活细胞中拿走一个‘生物间谍’,再把它送回该细胞,在几天内这样重复多次而不会杀死细胞。如果用其他技术,你不得不牺牲这个细胞才能分析它。”该生物传感与生物电技术小组负责人、UCSC巴斯金工程学院生物分子工程教授内德·波曼德说。 “纳米生物间谍”平台是研究小组用纳米吸液管开发的最新设备。纳米吸液管是一种小玻璃管,取液端越来越细,至尖端直径仅50到100纳米。波曼德说:“我能在实验室造出纳米吸液管,这不需要昂贵的纳米制造设备。但要进入一个细胞,问题是即使在高倍显微镜下,你也看不见吸液管尖端,不知道它偏离了细胞有多远。” 实验室博士后研究员亚当·赛格尔解决了这一问题。他基于在一台改造过的扫描离子电导显微镜(SICM),开发出一种反馈控制系统。该系统能利用通过纳米吸液管尖端的离子流作为反馈信号,在尖端接近细胞表面时探测其中的液滴。在尖端进入细胞之前,一种自动控制系统能定位它在细胞上面的位置,然后尖端很快插入穿透细胞膜,通过操控电压有控制地提取一小点细胞内物质。由于吸液管尖端极精细,对细胞造成的损害极微小。 研究小组用这种系统从活细胞中提取的微量细胞物质,估计只有50毫微微升(千万亿分之一升),约一个人体细胞百分之一的量。他们从单个人体癌细胞中提取物质并进行RNA测序,还从人类成纤维细胞中提取了线粒体并对其进行了DNA测序。“人们已经知道,线粒体和多种神经退化疾病有关。该技术可用于深入揭示线粒体基因组变异的重要性。”波曼德说。 该技术应用前景广阔。波曼德希望能与其他研究人员合作,探索其更多用途。“对于癌症生物学家、干细胞生物学家等想要了解细胞内部情况的科学家来说,这是一种多功能的平台。”(常丽君)来源:中国科技网-科技日报 2014年01月20日
问题描述:微流控芯片在细胞分析中有什么应用?解答:[font=宋体]微流控芯片的类仿生空间微结构的特性,为细胞培养、单细胞捕捉等提供了良好的平台。使得集成化的细胞研究成为可能,包括细胞进样、培养、分选、裂解和分离检测都有可能在一块生物微流控芯片上完成。[/font][font='Times New Roman','serif'][/font]以上内容来自仪器信息网《样品前处理实战宝典》
作者:丁香园网友Docofsoul《每日科学》2011年9月1日报道——由瑞士联邦理工学院(ETH)Yaakov Benenson教授与麻省理工Ron Weiss教授率领的研究小组成功地将生物“计算机”诊断网络导入人类细胞。该网络有识别某些肿瘤细胞的能力,利用五种肿瘤特异性分子因子的逻辑组合,进而触发肿瘤细胞毁灭过程。http://img1.jiansuo.net/cms/upload/userfiles/image/2011/09/04/1315042501_small.jpg细胞微机布线图:所有五种因子必须处于相应的正确状态,由此触发细胞死亡(图片来源:y Benenson Y. 教授 R. Weis教授)开发活体细胞内运作的生物电脑,是ETH苏黎世分院合成生物学教授Yaakov (Kobi) Benenson孜孜以求的目标,其职业生涯的大部分时间都倾注于此。他想建立既能侦测细胞生存状况、又能在细胞异常时对相应信息进行处理以提供合适的治疗响应的生物微机。目前,通过与麻省理工教授Ron Weiss以及团队成员(包括博士后学者Zhen Xie 与 Liliana Wroblewska、博士生Laura Prochazka)合作,他向这一目标迈出了重大一步。这一研究成果已发表于《Science》(见本文所附参考文献),论文介绍了一种多基因合成“电路”;此电路负责鉴别正常细胞与肿瘤细胞、继而进一步摧毁肿瘤细胞。其工作方式是:对细胞内五种肿瘤特异性分子因子及其出现频率进行抽样与综合;只有当所有这些因子在细胞内同时出现时,该电路才会作出正识别响应。这种方式使得侦测肿瘤的准确率非常高。研究者希望这一成果能够为高特异性抗癌治疗奠定基础。对肿瘤细胞的选择性破坏本研究对实验室培养的两种类型人类细胞进行了基因网络测试:海拉细胞(子宫颈癌细胞)与正常细胞。当基因生物微机被导入这两种不同的细胞类型时,只有海拉细胞被摧毁,而正常细胞则安然无恙。当然,取得这一结果需要做大量的基础工作。首先必须找出海拉细胞特有的分子组合。Benenson及其他小组成员在属于小RNA分子(MicroRNA或miRNA)这一类化合物的分子中找,终于确认其中一个miRNA组合(或者说“可识别属性”)只有海拉细胞才有,其它健康细胞类型内则不存在。发现这种可识别属性是一项颇具挑战性的任务。人体内既存在250种不同的健康细胞类型,此外也存在为数众多的肿瘤细胞的变异型(其中数百种可作实验室培养)。但miRNA多样性则更是不让须眉花样繁多,人类细胞中已得以描述的即达500到1000不同种类。Benenson指出:“每种健康或病损细胞类型都有其不同的miRNA分子处于开放或关闭状态。”可识别肿瘤属性中的五种因子确立一种miRNA“可识别属性”与发现一组症状以可靠诊断一种疾病有所不同。教授说:“一种症状,比如说发热吧,不可能由此概括出一种疾病。医生获得的信息越多,其诊断才越可靠。” 一年半前他从哈佛大学到ETH后,研究小组找到了几种因子,可由此可靠地将海拉细胞从所有其它健康细胞中鉴别出;结果表明,仅仅五种特定miRNA的组合(其中某些以高水平出现,某些则以极低水平出现)就足以将海拉细胞从其混迹的健康细胞中揪出来。与微机运作相似的网络Benenson介绍说:“这些miRNA因子在细胞内进行逻辑代数运算;该生物微机运用诸如‘与’与‘非’等逻辑操作将这些因子进行组合,并且,当全部因子的整体运算结果为逻辑‘真’值时,只产生所需要的结果——那就是细胞死亡。” 确实,研究者已经能够显示该网络在活体细胞内可以非常稳定地运作,可正确组合所有细胞内因子并给出正确的诊断。Benenson认为,这一成果代表该领域的一项重大成就。动物模型与基因疗法该研究小组想在下一步在合适的动物模型上测试该细胞计算方法,以期在未来创建诊断与治疗工具。这听起来可能象科幻小说,但Benenson相信其可行性;不过,仍有不少棘手的问题需要解决。比如,如何有效、安全地将外源基因导入细胞?这种DNA递送在目前情况下颇具挑战性。尤其是,该方法需要将外源基因暂时而不是永久导入细胞。现有的病毒导入法或化学导入法均未充分开发,需要进一步完善。Benenson说:“为人类提供一种功能完善的治疗方法还非常遥远。不过这一工作是重要的第一步,显示了单一细胞水平上这样一种选择性诊断方法具有可行性。”参考文献:1. Z. Xie, L. Wroblewska, L. Prochazka, R. Weiss, Y. Benenson. Multi-Input RNAi-Based Logic Circuit for Identification of Specific Cancer Cells. Science, 2011; 333 (6047): 1307 DOI: 10.1126/science.1205527