基于AOD-FLIM/CARS多模光学平台监测单个活细胞内RNA合成过程
批准号:
61405123
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
彭晓
依托单位:
学科分类:
能源与照明光子学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
齐璟、黄丽强、高健、范顺萍、王祺
中文摘要
细胞生理过程、恶性转化及细胞与药物相互作用过程,均与亚细胞结构的分子组成密切相关,活细胞内分子成分始终处动态变化过程中。但目前尚缺乏合适技术用于对活细胞中生物大分子进行动态探测和全面表征,从而局限了实时监测药物-细胞相互作用过程的动态变化。本项目将建立双光子激发荧光成像、动态荧光寿命成像与定量共焦拉曼显微光谱技术相结合的光学方法研究平台,用于一种可定量表征和监控细胞核特定结构功能区域RNA合成过程中的大分子环境,对细胞核内大分子进行多模态光学成像方法并且对相应区域内蛋白质、RNA和DNA等分子分布及浓度进行监测。经过对不同光学方法获得的数据进行整合,实现对肿瘤细胞RNA合成过程中细胞核内相应区域的分子结构和微环境变化进行动态监测,并用于筛选和研究靶向RNA聚合酶的药物。本项目在研究癌细胞RNA合成等生理过程以及抗肿瘤药物筛选等领域,具有重要的研究意义和应用价值。
英文摘要
Fundamental cell biology postulates that the cellular physiologic processes that responds to drug action or malignant transformations tightly correlates with the composition of the subcellular structures. Cellular molecular structure is dynamic and can be rapidly changing. However, there is a lack of established techniques for dynamic analysis and global characterization of molecular organization in live cells, which has limited dynamic monitoring of the interactions between drug and cells. In this proposal we will build a multimodal optical platform encompassing Fluorescence Lifetime Imaging, Two-photon Excited Fluorescence, multimodal imaging and quantitative confocal Raman microspectroscopy. This multimodal optical platform will quantitatively characterize and monitor the macromolecular environment in major structure-function compartments of the cell nucleus during RNA synthesis process, obtain multimodal imaging of biological molecules and carry out concentration measurements and macromolecular distribution monitoring of proteins, RNA, lipids and DNA in cell nucleus. Then we will integrate the data obtained by different optical methods; achieve dynamic quantitative characterization and monitoring of the macromolecular environment and macromolecular structure in major structure-function compartments of the cell nucleus, screen and study drugs targeting RNA polymerase. The research has important significance and application value on the research of physiological processes of cancer cells, screening anticancer drug and other fields.
细胞是生命活动的基本单位,当代生物学的发展迫切需要对活细胞内的生物分子分布及活性变化开展实时观测和全面表征,目前尚缺乏能较好地解决该问题的具有实时、无损、定量等特点的细胞生物学研究手段。针对该问题,本项目研制了AOD-FLIM/TPEF/CARS/拉曼显微多模态光学平台,并对系统进行了优化;提出了一种新型的利用荧光寿命成像方法对单细胞进行动态监测,获得了细胞核内特定区域的RNA酶的活性变化情况,研究了相关RNA酶抑制剂的效果;为在单细胞水平研究RNA聚合酶的酶活提供了一种基于荧光显微成像方法的单细胞研究方法,可在活细胞内实现分子水平的定量表征。与传统的生化检测及细胞生物学研究方法相比,本方法具有实时动态、无损、灵敏度高、可连续观测等优点,达到了本项目预期的单细胞定量检测、蛋白质酶活的原位实时监测等应用目标,并为活细胞内多种生理及病理过程中关键蛋白质的活性研究提供了一种通用的光学定量检测技术平台和监测方法,有望在细胞生物学机制研究以及靶向性肿瘤药物研发领域得到广泛应用。同时,本项目还利用FLIM、拉曼光谱、CARS成像等先进的光学技术方法开展了多项细胞生物学研究,包括:利用AOD-FLIM研究了药物诱导的肿瘤细胞凋亡过程,利用拉曼光谱及显微成像方法研究肿瘤细胞和正常细胞内多种细胞器和生物大分子的分布差异等,为肿瘤的发生、发展机制研究提供了有力手段,获得了有价值的实验数据,可用于深入探索及表征肿瘤细胞生理基础和分子机制。综上所述,本项目具有较好的研究意义和应用价值。本项目研究成果在国内外优秀专业杂志上发表研究论文 8 篇,国际会议论文 5 篇,其中SCI收录 6 篇、EI收录 6 篇;申请国家发明专利 2 项及PCT国际专利 2 项,申请并获授权实用新型专利 2 项;参加国际学术会议2次,其中做分组口头报告 1 次、墙报 2 次;培养博士后 1 名、博士研究生 1 名、硕士研究生 4 名。
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Single Cell Assay for Molecular Diagnostics and Medicine: Monitoring Intracellular Concentrations of Macromolecules by Two-photon Fluorescence Lifetime Imaging.
用于分子诊断和医学的单细胞测定:通过双光子荧光寿命成像监测细胞内大分子浓度
DOI:
10.7150/thno.11863
发表时间:
2015
期刊:
Theranostics
影响因子:
12.4
作者:
[Pliss A, Peng X, Liu L, Kuzmin A, Wang Y, Qu J, Li Y, Prasad PN]
通讯作者:
Prasad PN
Fluorescence microendoscopy imaging based on GRIN lenses with one- and two-photon excitation modes
基于单光子和双光子激发模式GRIN透镜的荧光显微内窥镜成像
DOI:
10.1007/s12200-015-0503-1
发表时间:
2015-06-01
期刊:
FRONTIERS OF OPTOELECTRONICS
影响因子:
5.4
作者:
[Yan, Wei, Peng, Xiao, Niu, Hanben]
通讯作者:
Niu, Hanben
Near-IR responsive nanostructures for nanobiophotonics: emerging impacts on nanomedicine.
用于纳米生物光子学的近红外响应纳米结构:对纳米医学的新兴影响。
DOI:
10.1016/j.nano.2015.11.009
发表时间:
2016-04
期刊:
Nanomedicine-Nanotechnology, Biology and Medicine
影响因子:
--
作者:
[Jun Song, Junle Qu, Mark T Swihart, Paras N Prasad]
通讯作者:
Paras N Prasad
DOI:
--
发表时间:
2015
期刊:
光学学报
影响因子:
--
作者:
[叶帅, 宋军, 陈林春, 王东, 彭晓, 屈军乐]
通讯作者:
屈军乐
Tuning upconversion through a sensitizer/activator-isolated NaYF4 core/shell structure
通过敏化剂/活化剂隔离的 NaYF4 核/壳结构调节上转换
DOI:
10.1039/c4nr07678h
发表时间:
2015-01-01
期刊:
NANOSCALE
影响因子:
6.7
作者:
[Ye, Shuai, Chen, Guanying, Prasad, Paras N.]
通讯作者:
Prasad, Paras N.
共 8 条
基于超分辨 FLIM 方法的活细胞基因组
DNA 压缩的相分离监测
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:彭晓
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依托单位:
利用FLIM方法表征海洋双壳贝类的微塑料胁迫响应机制
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:彭晓
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依托单位:
基于超分辨FLIM方法的活细胞基因编辑动态检测
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批准号:31771584
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2017
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负责人:彭晓
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依托单位:
国内基金
海外基金