【科学美图】Brainbow:荧光点亮神经彩虹

来源:http://www.temizlikoyunlari.com 作者:科技中心 人气:157 发布时间:2019-05-03
摘要:“方糖”大战癌细胞 用于抗肿瘤给药的微粒载体 这张图片由两部分拼接而成,占据主体部分的是乳腺癌细胞(绿色和紫色)和方形纳米微载体(金色)的共聚焦显微图片,左上部分则

“方糖”大战癌细胞

用于抗肿瘤给药的微粒载体

图片 1

这张图片由两部分拼接而成,占据主体部分的是乳腺癌细胞(绿色和紫色)和方形纳米微载体(金色)的共聚焦显微图片,左上部分则是对这种立方微载体的扫描电镜特写。

这些长得像小糖块一样的小东西其实是一种用于“投递”药物的载体。在治疗肿瘤的时候,人们常要面临这样一个困境:抗癌药物对癌细胞很有效,但它也会“滥杀无辜”,损害健康的组织。解决这个问题的方案之一就是,通过特殊的微粒载体来增加癌细胞对药物的摄取,同时避免正常细胞的摄取。在这里,研究者们就希望探索不同的微粒载体形状会如何影响药物在体内的转运,以及目标细胞对药物的摄取情况。

图片来自:Jenolyn F. Alexander, et al. Houston Methodist Research Institute, Houston, TX

绿色荧光蛋白:色彩的开端

这些美丽的颜色都是荧光,当分子吸收能量达到激发态后,它们会在较短时间内再回到比较稳定的基态,并且通过发光的方式重新释放出能量,这个过程中产生的就是荧光。

在一般的细胞中,原本没有那么多能发出各色荧光的物质,让它们发光,靠的是人为引入的荧光标记。而在这些荧光标记中,绿色荧光蛋白就是最为经典的一个。

绿色荧光蛋白是来自海洋的馈赠,它来自一种发光水母。在上世纪60年代,日裔科学家下村修(Osamu Shimomura,下村脩)和美国科学家约翰森(Frank H. Johnson)首先揭开了水母发光的秘密。一开始,他们从这些水母中提取到了水母发光蛋白(aequorin),在钙离子的作用下,这种蛋白质会发出蓝光。然而,在水母身上,人们最终观察到的却是绿色的荧光,将蓝光转化为绿光的,就是水母体内的另外一种蛋白质——绿色荧光蛋白。

图片 2 发出绿色荧光的水母。图片来自:shiro1000.jp

锌的旅途

叶片锌元素分布热图

图片 3

这张图片显示的是拟南芥叶片中锌元素的分布水平,利用同步辐射X射线荧光技术拍摄。

对生物体而言,锌是一种非常重要的金属元素,它与蛋白质分子中的很多基团都可以形成配合物,既可以发挥直接的催化功能,也可以调控结构,在很多维持生命所必须的生化过程中,都少不了锌离子的参与。世界上超过20亿人面临锌元素缺乏的威胁,而锌元素缺乏会损害免疫系统、胃肠道功能和大脑发育,带来一系列健康问题。在这里,研究团队希望能够找到提高作物中锌元素含量的方法,以帮助缓解锌元素缺乏。

图片来自:Suzana Car et al. Dartmouth College, Hanover, NH

上图中的景象不是黑夜中的奇幻梦境,也不是艺术家的创作,而是神经细胞交织成的网络,这些细胞来自一只小鼠脑中的海马区域。

牙釉质釉柱的“栅栏结构”

图片 4

这是一张牙釉质的扫描电镜图片,它展示了釉柱排列形成的“栅栏样”的结构。釉柱是构成牙釉质的主体,它由紧凑排列的羟基磷灰石晶体组成。

牙釉质是包裹牙齿的最外层结构,它是人体中最为坚硬的部分。釉柱的排列方式赋予了牙釉质足够的强度和韧性。而一些基因突变会影响牙釉质的形成,使牙齿变得更容易损坏,进而增加其他疾病的发生风险。在这里,科学家们就利用小鼠模型研究了遗传变异对牙釉质发育和健康的影响。

图片来自:Olivier Duverger and Maria I. Morasso. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases, National Institutes of Health, Bethesda, MD

大脑是如何变成彩虹的?这要从荧光蛋白的故事开始说起。

同根生

植物根部表面的土壤细菌

图片 5

这张扫描电镜照片展示了在拟南芥根部(紫色和蓝色)表面安营扎寨的土壤细菌(黄色)。在植物根系周围的小范围内,受到植物根系分泌物等因素的影响,土壤环境和生态会体现出与其他土壤相当不同的特性,这个特殊的狭窄区域被称为“根际”(rhizosphere)。这张显微照片作者的研究领域就是根际区域的土壤生态与微生物。

图片来自:Alice Dohnalkova. Environmental Molecular Sciences Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA

这有什么用?

如此大费周章地用荧光蛋白为细胞调色,它到底有什么用呢?这种技术最大的作用,还是将某些需要研究的细胞与错综复杂的背景区分开来。通过对不同色彩的分析,可以计数细胞,也可以追踪细胞的走向,观察神经网络的连接布局以及细胞之间的相互作用。当然,让大众领略神经科学之美,也不失为“神经彩虹”重要的宣传作用。

下面,就让我们一起来欣赏Brainbow的美丽成果吧。

视神经

图片 6图片来自:Laura Dumas et al

这条五光十色的“长蛇”其实是小鼠的视神经,它连接着眼睛与大脑,负责传输视觉信号。

果蝇

图片 7图片来自:Stefanie Hampel et al

除了小鼠之外,Brainbow在其他模式生物身上也同样行得通。在这张图中就展示了经过荧光标记的果蝇神经网络。

视网膜烟花

图片 8图片来自:Josh R. Sanes, Harvard University

这个看起来像烟花一般的结构是小鼠的视网膜神经节细胞,它接收来自视网膜视锥细胞和视杆细胞的信号,并参与视觉信号的传递。

大脑之外

图片 9图片来自:Karine Loulier, Institut de la Vision

虽然是为研究神经细胞所设计,但Brainbow技术同样可以点亮其他类型的细胞。在这张图中,被染上色彩的是小鼠舌头的肌纤维。现在,这种荧光标记技术也进入了更加广阔的研究领域。

(编辑:窗敲雨)

题图:浦肯野神经元。来自:Tamily Weissman, Harvard University

繁花

表达不同荧光色彩的癌细胞

图片 10

图中的抽象画般的色彩来自表达了不同荧光色彩的小鼠细胞。研究团队用一种“碎花”(Confetti,原意为五彩纸屑)式的荧光标记技术对胰腺癌模型小鼠进行了标记。在这里,成年小鼠的细胞会随机表达四种荧光蛋白中的一种,而增殖后的子代细胞还会“继承”与母代同样的荧光色彩。这样做有什么用?不同的色彩标记可以帮助监测胰腺癌的发生和发展过程。(想要更绚丽的荧光?请看:Brainbow:荧光点亮神经彩虹

图片来自:Heinz Baumann et al. Roswell Park Cancer Institute, Buffalo, NY

图片 11图片来自:Tamily Weissman, Harvard University

枯燥的数据和图表可不是科研工作的全部,科学图片也可以像艺术作品一样传递美好的视觉体验。这一次,我们就来欣赏一下美国实验生物学会联合会(Federation of American Societies for Experimental Biology,FASEB)评选出的2015年度“生物艺术”获奖作品。

平时我们所见到的大脑标本都是灰白暗淡的颜色,而这种名叫“Brainbow”的技术则显得格外惊艳,神经细胞们个个分明,闪耀着五彩光芒。

参考资料:

  1. https://www.faseb.org/Resources-for-the-Public/Scientific-Contests/BioArt/2015-BioArt-Winners.aspx
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Diffusion_MRI

图片 12另一张展示了小脑结构的“神经彩虹”。图片来自:Tamily Weissman, Harvard University

菌群之花

细菌菌落的生长

图片 13

在微生物学家当中,培养皿绘画已经是非常流行的“艺术流派”,不过这里所展示的动态“菌群之花”还是显得相当与众不同。在这段视频中,几种不同的细菌被接种到琼脂平板上,并逐渐生长,形成了绽放的白色花朵。红色的“茎秆”来自沙雷氏菌(Serratia),黄色的“叶子”是涅斯捷连科氏菌(Nesterenkonia),洁白的“花朵”则来自芽孢杆菌(Bacillus)。

这样的菌落延时摄影也不是随随便便就能拍成的。如果在普通的环境中,琼脂培养基很快就会失水变干。为了解决这个问题,研究者还设计了专用的“延时拍摄室”。在这里,研究人员能够连续观察细菌菌落的生长和相互作用长达数周之久。

原视频来自:Mehmet Berkmen and Maria Penil. New England BioLabs, Ipswich, MA

参考资料:

  1. http://www.nature.com/nature/journal/v450/n7166/full/nature06293.html
  2. http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2010/IB/b926500g#!divAbstract
  3. http://www.cell.com/pictureshow/brainbow

本文由365bet在线手机版发布于科技中心,转载请注明出处:【科学美图】Brainbow:荧光点亮神经彩虹

关键词:

上一篇:研究证实蝙蝠确实更危险

下一篇:没有了

最火资讯