综述——基于纳米材料的生物检测与医学诊断技术：功能化量子点在肿瘤活体成像中的应用

量子点表面经生物分子或药物分子修饰而具有生物功能．功能化量子点具有独特的光学性质和生物相容性,在生物医学光学诊断和治疗领域具有广泛的应用．本文简要介绍了功能化量子点制备及修饰方法,综合评述了量子点在肿瘤活体诊断和治疗中的应用,包括活体淋巴结成像、血管动态成像、肿瘤成像和抗肿瘤药物示踪等,讨论了功能化量子点在肿瘤活体诊断和治疗中的应用前景以及面临的挑战．     

信号适体的设计策略及应用

信号适体兼具有分子识别和信号转导的功能.从随机寡核苷酸库中筛选出的适体,要经过合理设计和筛选后修饰,才具备信号转导功能.信号适体可分为标记和非标记两大类.本文着重介绍荧光标记信号适体的设计策略,包括基于荧光偏振分析标记一个荧光基团,及基于荧光共振能量转移同时标记荧光基团、淬灭基团,或两个荧光基团的信号适体(包括分子信标适体、结构转换和原位标记信号适体).非标记信号适体的设计,有嵌合法、置换法、光转换复合物法,及适体－多聚物偶联法.此外,亦可直接从体外筛选出信号适体.信号适体的诸多优点利于其用于生物传感器及均相液相中实时蛋白识别与定量分析.     

基于稳定同位素的代谢组学临床研究进展

基于稳定同位素示踪的代谢组学不仅能检测疾病发生发展及治疗过程中相关代谢物的变化,还可以对生物体系的代谢物进行定量分析并描述代谢特性。目前,稳定同位素示踪的代谢组学技术可在受试者体内直接追踪到代谢网络的单个原子,更有利于发现与疾病病因和诊断及药物疗效评估相关的生物标志物。现就稳定同位素示踪代谢组学在临床研究中的应用做简要概述,以期为将来更好地开展代谢组学在临床方面的研究提供重要依据。     

量子点荧光标记技术的研究热点及面临的挑战

半导体量子点作为新型荧光标记物,在生物医学领域具有重要应用．与传统的有机染料及荧光蛋白等荧光标记物相比,半导体量子点具有发光颜色可调、激发范围宽、发射光谱窄、化学及光稳定性好、表面化学丰富以及生物偶联技术成熟等诸多优势,为生命体系的靶向示踪,高灵敏、原位、实时、动态荧光成像,DNA及蛋白质检测,靶向药物,临床医学,生物芯片和传感器等研究提供了新的发展契机．基于作者在半导体量子点生物荧光成像和安全性评价研究的基础,综述了半导体量子点荧光标记物在生命科学与医学领域应用的研究热点,并对半导体量子点荧光标记技术走向实用面临的挑战进行了评述．     

细胞表面聚糖标记研究进展

细胞表面聚糖与细胞的多种生理过程密切相关,是目前生命科学研究的热点之一.聚糖的糖链结构十分复杂,其合成没有直接的基因模板,且糖类化合物难以标记和检测,这些原因导致聚糖的研究面临着巨大的挑战.近年来,基于代谢糖工程和化学酶法聚糖标记策略的迅速发展,为糖生物学研究提供了重要的聚糖标记手段.这两种策略分别通过代谢糖工程和化学酶法将具有化学报告基团的非天然糖类似物标记在聚糖结构上,并通过生物正交反应对这些聚糖结构进行研究.本文主要总结了两种策略近几年的进展,分析了两种方法各自的优缺点,并探讨了两种策略在糖生物学研究中的应用和未来发展的潜力.     

蛋白质功能基团的改变与其生物活力之间的定量关系

蛋白质(包括酶)分子结构与功能的关系一直是分子生物学的核心问题之一.用各种方法改变蛋白质分子中侧链基团的性质观察对其生物活力的影响是研究这一问题的主要方法.蛋白质化学修饰的研究,迄今已有约60年的历史.自20年代末到60年代初的30余年内,这一研究一直停留在定性描述阶段,大量的实验结果不能进行定量的数据处理.因为在蛋白质分子中某类侧链基团在功能上虽有必需与非必需之分,但是在与某试剂起反应上往往是相同的,即它们都能与某一试剂起反应.所以,虽然从实验上可以测得随侧链基团的被修饰导致其生物活力下降的关系,但是在所测得的被修饰的基团中,既有必需的,也有非必需的.由于长期以来人们没有找到生物活力与必需基团之间的定量关系,也就无     

以生物合成为基础的代谢工程和组合生物合成

代谢工程和组合生物合成在筛选和发展新型药物方面日益成为生物、化学和医药界关注的重点。基于聚酮和聚肽类天然产物的独特化学结构和良好生物活性,研究它们的生物合成机制,将为合理化遗传修饰生物合成途径获得结构类似物提供遗传和生物化学的基础,实现利用现代生物学和化学的技术手段在微生物体内进行药物开发的目的。     

磷酸化组氨酸研究进展

蛋白质磷酸化是生物体内一种广泛存在的蛋白质翻译后修饰形式,这种氨基酸与磷酸基团共价连接的修饰模式对蛋白质结构和功能起到了重要调节作用.目前天然蛋白质中发现的可磷酸化位点主要有9种氨基酸残基,其中包括以磷酰胺连接的磷酸化组氨酸.虽然该磷酸化形式在原核生物与真核生物中都起到了重要的调节作用,但对于其生物学功能的研究长期存在技术困难.由于磷酸化组氨酸本身不同于其他磷酸化氨基酸的化学性质,如存在异构体、化学不稳定等,其在传统的研究方法中容易发生水解去磷酸化.随着现代生物化学与分子生物学技术的不断进步,人们针对含有磷酸化组氨酸的蛋白质构建了新的制备、分离与表征策略,本领域也因此开始迅速发展.本文从磷酸化组氨酸的化学结构入手,分析其两种异构体的主要理化性质与化学反应特性,并概述了基于此发展的新型化学生物学研究手段以及对于磷酸化组氨酸生物功能的研究进展.     

基于金属配合物的生物小分子发光探针研究进展

生物体内存在各种内源性活性物质,帮助生物进行信号传递与代谢调控。正常条件下,细胞环境不断变化,内源性小分子的时 空分布在生物体内保持动态平衡。但当它们的种类和浓度超过生理过程所需的限定范围时,就会影响细胞活性,进而导致疾病,甚至 是肿瘤和癌症的发生。因此,这些活性物质在体内活动的实时追踪及可视化对人们理解生命现象、研究疾病发生机制十分重要。与传 统有机染料相比,金属配合物发光(荧光/磷光)探针因光稳定性好、生理功能易调控等优势,已成为生物体系小分子活性物质示踪和 成像的研究热点。依照不同的作用靶点,对应用于生物体系的金属配合物探针的最新进展进行分类和总结,并展望金属配合物在生物 成像中的未来应用,以期可以为人们继续设计出新的具有良好示踪成像性能金属配合物探针提供参考,并从分子水平理解探针作用及 癌症治疗的机制。     

燃料乙醇工程菌的代谢工程进展

能源问题是现今经济发展面临的主要问题之一,伴随着21世纪生物发展的步伐,基于微生物合成生物学、蛋白组学和代谢组学的研究进展,利用组合基因的无标记基因删除与重组DNA等技术,构建以廉价的可再生生物原料为碳源、高效合成生物乙醇的发酵工程菌已成为研究热点。我们简要总结了以大肠杆菌、啤酒酵母和运动发酵单胞菌为宿主的乙醇代谢工程改造的相关进展。     

Integrating Protein Engineering and Bioorthogonal Click Conjugation for Extracellular Vesicle Modulation and Intracellular Delivery

Exosomes are small, cell-secreted vesicles that transfer proteins and genetic information between cells. This intercellular transmission regulates many physiological and pathological processes. Therefore, exosomes have emerged as novel biomarkers for disease diagnosis and as nanocarriers for drug delivery. Here, we report an easy-to-adapt and highly versatile methodology to modulate exosome composition and conjugate exosomes for intracellular delivery. Our strategy combines the metabolic labeling of newly synthesized proteins or glycan/glycoproteins of exosome-secreting cells with active azides and bioorthogonal click conjugation to modify and functionalize the exosomes. The azide-integrated can be conjugated to a variety of small molecules and proteins and can efficiently deliver conjugates into cells. The metabolic engineering of exosomes diversifies the chemistry of exosomes and expands the functions that can be introduced into exosomes, providing novel, powerful tools to study the roles of exosomes in biology and expand the biomedical potential of exosomes.     

Recent developments in bioorthogonal chemistry and the orthogonality within

The emergence of bioorthogonal reactions has greatly advanced research in the fields of biology and medicine. They are not only valuable for labeling, tracking, and understanding biomolecules within living organisms, but also important for constructing advanced bioengineering and drug delivery systems. As the systems studied are increasingly complex, the simultaneous use of multiple bioorthogonal reactions is equally desirable. In this review, we take a look at the different bioorthogonal reactions that have recently been developed, the methods of cellular incorporation and the strategies to create orthogonality within the bioorthogonal landscape.     

Tandem photoaffinity labeling–bioorthogonal conjugation in medicinal chemistry

Photoaffinity labeling has a longstanding history as a powerful biochemical technique. However, photoaffinity labeling has significantly evolved over the past decade principally due to its coupling with bioorthogonal/click chemistry reactions. This review aims to highlight tandem photoaffinity labeling–bioorthogonal conjugation as a chemical approach in medicinal chemistry and chemical biology. In particular, recent examples of using this strategy for affinity-based protein profiling (AfBPP), drug target identification, binding ensemble profiling, studying endogenous biological molecules, and imaging applications will be presented. Additionally, recent advances in the development of ‘all-in-one’ compact moieties possessing a photoreactive group and clickable handle will be discussed.     

Tetrazine ligation for chemical proteomics

Determining small molecule—target protein interaction is essential for the chemical proteomics. One of the most important keys to explore biological system in chemical proteomics field is finding first-class molecular tools. Chemical probes can provide great spatiotemporal control to elucidate biological functions of proteins as well as for interrogating biological pathways. The invention of bioorthogonal chemistry has revolutionized the field of chemical biology by providing superior chemical tools and has been widely used for investigating the dynamics and function of biomolecules in live condition. Among 20 different bioorthogonal reactions, tetrazine ligation has been spotlighted as the most advanced bioorthogonal chemistry because of their extremely faster kinetics and higher specificity than others. Therefore, tetrazine ligation has a tremendous potential to enhance the proteomic research. This review highlights the current status of tetrazine ligation reaction as a molecular tool for the chemical proteomics.     

普鲁士蓝纳米粒子在生物医学诊断和治疗中的应用及进展

随着生物医学诊断和治疗的持续深入研究,出现了多种医学诊断和治疗新方法,为人类的健康提供了更大的保证,其中纳米生物技术在生物医学诊断和治疗中的应用日益增多,基于纳米技术,开发传统材料的生物医学新应用成为了人们的研究热点。普鲁士蓝是一种历史悠久的蓝色染料,其制备过程简单、绿色、成本低,化学结构稳定,具有优良的物理、化学、光学以及磁性等性能,已经在许多领域得到了广泛的应用。近年来,普鲁士蓝开始在生物医学诊断和治疗领域中崭露头角,它已经成功的被开发为新型的核磁共振造影剂和光声成像造影剂,并且在药物输送系统和光热治疗等领域也开始占有一席之地,开发基于纳米技术的普鲁士蓝的生物医学应用已经成为极具吸引力的研究方向。本文对普鲁士蓝在生物医学诊断和治疗中的应用及进展进行综述。     

Advances in biomedical applications of pectin gels

Pectin, due to its simple and cytocompatible gelling mechanism, has been recently exploited for different biomedical applications including drug delivery, gene delivery, wound healing and tissue engineering. Recent studies involving pectin for the biomedical field are reviewed, with the aim to capture the state of art on current research about pectin gels for biomedical applications, moving outside the traditional fields of application such as the food industry or pharmaceutics. Pectin structure, sources and extraction procedures have been discussed focussing on the properties of the polysaccharide that can be tuned to optimize the gels for a desired application and possess a fundamental role in application of pectin in the biomedical field.     

基于微流控芯片的秀丽隐杆线虫的研究进展

微流控芯片技术作为近年来最前沿的分析技术之一,已经在化学、生物学、医药学等研究领域取得了突破性的进展.微流控芯片具有高通量、微型化和多功能集成化等独特优势,已经成为生物医学研究的新平台之一,被越来越多地应用于秀丽隐杆线虫的研究.综述了基于微流控芯片上的秀丽隐杆线虫在生物医学领域中的研究进展,侧重介绍了微流控芯片在线虫的自动化固定、行为学、衰老与发育学、神经学、药物筛选及基因筛选等六大方面所取得的最新进展,并展望了微流控芯片的应用前景.     

基于受激发射损耗显微术的活细胞和活体超分辨成像

细胞作为生命体基本的结构和功能单元，在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展，科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识，但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少，而这恰恰又是疾病治疗和药物开发亟需了解的信息，因此对离体活细胞（简称活细胞）和活体生物组织细胞（简称活体细胞）中亚细胞器的研究变得非常重要。然而细胞中许多细胞器的结构在纳米量级，传统的光学成像技术由于受到光学衍射极限的限制是无法观察到纳米量级的生物结构，因此光学超分辨成像技术是目前研究亚细胞器结构和功能的有效工具。在所有光学超分辨显微技术中，受激发射损耗显微术（stimulated emission depletionmicroscopy,STED）由于具有实时成像、三维超分辨和断层成像的能力，非常适合用于纳米尺度的活细胞和活体细胞成像研究，而且STED超分辨成像技术经过近几十年的发展，已经广泛用于活细胞甚至活体小鼠细胞的超分辨动态观测。本文总结了近年来活细胞和活体小鼠神经元细胞等领域STED超分辨成像的研究进展，介绍了用于活细胞和活体细胞STED超分辨成像的荧光染料...