活细胞内以光漂白荧光损失(FLIP)技术分析HuR蛋白的应激动力学行为

人类抗原R(human antigen R,HuR)是一种多功能RNA结合蛋白,参与细胞应激颗粒(stress granules,SGs)的构成。SGs是细胞在受到外界环境刺激时在胞浆中形成的颗粒状结构。该研究是利用光漂白荧光损失(fl uorescence loss in photobleaching,FLIP)技术对活细胞内的HuR蛋白颗粒进行应激动力学分析。首先,利用脂质体将RFP-HuR重组质粒瞬时转染入HeLa细胞,以Western blot和细胞免疫荧光实验确定是否实现对于HuR蛋白的红色荧光蛋白(red fl uorecent protein,RFP)标记;然后以405 nm激光束脉冲式重复光漂白HuR应激颗粒,分别监测同一漂白细胞内的其他HuR颗粒以及核内荧光信号,并以邻近的未漂白细胞作为对照组。实验结果表明,转染重组质粒后可有效表达RFP-HuR融合蛋白,且与SGs标记蛋白G3BP存在共定位关系。在第一个光漂白循环,漂白区荧光密度便从2 500 a.u.降低至0 a.u.;而经过约12个漂白循环(240 s)后,邻近HuR颗粒的荧光密度从漂白前的1 800 a.u.左右降低并维持在200 a.u.左右,表明活细胞内的HuR颗粒呈现高度的动态性;而胞核区荧光密度亦从4 400 a.u.降低至2 000 a.u.左右,表明HuR蛋白是一种核浆穿梭蛋白,在SGs、胞浆及胞核之间存在一定的动态平衡。利用FLIP技术可以分析并比较SGs不同成分的应激动力学属性,有助于进行SGs相关临床疾病的分子机制探讨。     

倒置双光子显微镜的使用与维护

双光子激发荧光显微是一种非线性光学显微技术,它结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术,具有高时空分辨率、高信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点。介绍了双光子显微镜的软硬件组成和技术参数,样品制备方法,双光子图像采集的常用操作规程,日常维护和仪器管理等方面。旨在为双光子仪器的使用者与管理者提供参考,使之更好地服务于教学与科研。     

活细胞内5-羟色胺可见荧光的多光子激发成像

应用多光子激发激光扫描显微镜对5-羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）孵育的大鼠粘膜型肥大细胞进行自发荧光成像,首次观察到了活细胞内5-HT相关的可见荧光,并对其产生机理进行了初步探讨.实现了对活细胞内5-HT空间分布的高分辨成像,为研究活组织或细胞内5-HT的空间分布和含量与细胞功能状态的关系提供了新的实验方法.     

可用于双色双光子显微成像的新的荧光蛋白对

双色双光子激光扫描显微技术可以用来研究生物组织内两种不同蛋白质的表达、定位和示踪．由于大多数双光子显微镜一次只能提供一种波长的激发光,双色同时成像较难实现．mAmetrine和mKate2作为新发现的荧光蛋白对可以用于双光子双色同时成像,这得益于它们各自的优势：mAmetrine的斯托克斯位移和mKate2的高亮度．在765nm的波长激发时,它们的双光子吸收效率都很高．mAmetrine和mKate2能够很好地用于双色双光子活细胞成像实验．     

光动力学诊断肿瘤中光敏剂光漂白特性的研究

实验研究了三种光敏剂:血卟啉衍生物(HpD)、癌光啉(PsD-007)和血啉甲醚(HMME),在光敏剂浓度C分别为2μg/mL、3μg/mL、5μg/mL,激发光波长λ为488 nm和514.5 nm,光功率P为10 mW、15 mW、20 mW等不同条件下照射,光敏剂的光漂白特性。结果表明光敏剂的光漂白时间除了与光敏剂自身类型有关,还与其浓度、入射光源的功率及波长有关。HMME在488 nm、激光功率15 mW,浓度为2μg/mL、3μg/mL、5μg/mL时光漂白时间分别为210 s、240 s、325 s。     

基于双光子激发的荧光相关谱测量

本文利用多光子激发激光扫描显微镜的部分光路和探测器．建立了双光子荧光相关谱系统(Two-Photo Fluorescence Correlation Spectroscopy．简称TP-FCS)。利用TP-FCS系统观察到了“光子爆发”现象．实现了染料分子的双光子激发,测量出若丹明B染料分子在蔗糖溶液中的扩散系数。实验证明该系统具有操作简便、可靠性高,费用低廉等等点,可实现单分子检测。     

光动力疗法过程中的光漂白特性

基于光动力过程中的光分布规律,研究了半无限大组织中组织光学特性和光分布对光漂白作用效果的影响.研究发现光漂白效果与组织的散射系数和吸收系数成反比;光漂白的有效作用深度是4.5 mm,最大作用深度是33 mm.研究所得结果不仅表明通过光分布研究光漂白的特性是一种有效的方法,而且对临床上设计合理的治疗法案具有重要的参考作用...     

鼻咽癌细胞双光子显微图像处理

鼻咽细胞的双光子显微图像中含有着丰富信息,借助计算机和图像处理算法可进行分析处理。图象分割是双光子显微图象处理中的一项重要技术,至今为止尚未形成一个最佳通用方法,也没有定义出双光子显微图象分割的统一标准。本文首先采用噪声干扰法进行去噪,采用低帽的变换等的数学形态学来增强鼻咽癌细胞图像,使细胞更加容易分辨,接着对几种经典边缘检测算法进行讨论比较,紧接着根据鼻咽双光子显微图像的实际特征,采取腐蚀算法求出鼻咽癌细胞边缘。然后进行区域生长定位细胞,并采用一些改进的判别分析算法和区域面积算法对鼻咽癌细胞进行阈值分割,获得较好结果。     

超连续谱进行多色双光子成像

生物医学光子学与非线性光纤光学在早期是两门不相干的领域,但是自从基于光纤的连续光谱被发现以来,由于其具有的宽光谱可以实现多种荧光团的同时最优激发,可获取现有钛蓝宝石激光器不可产生的波长,生物医学光子学就开始尝试利用光纤连续光谱技术。但是由于超连续光谱的低相干性、高噪声、不稳定性等原因,生物医学光子学难以广泛的利用这一技术。如何基于现有的100-fs钛蓝宝石激光器产生宽带且可线性压缩的连续光谱仍旧是非线性光纤光学的重要挑战。为了产生可线性压缩的连续光谱,就必须研究光纤和激光脉冲参数对光纤连续光谱产生的影响,研究如何增强可压缩的非线性效应并抑制导致连续光谱不可压缩的非线性效应,以在光纤中产生宽带且可压缩的连续光谱。超连续谱的特性将使其在生物医学光子学,尤其是在成像方面发挥巨大的作用,因此具有重要的学术意义和实际应用价值。     

High-order photobleaching of green fluorescent protein inside live cells in two-photon excitation microscopy

Combination of green fluorescent protein (GFP) and two-photon excitation fluorescence microscopy (TPE) has been used increasingly to study dynamic biochemical events within living cells, sometimes even in vivo. However, the high photon flux required in TPE may lead to higher-order photobleaching within the focal volume, which would introduce misinterpretation about the fine biochemical events. Here we first studied the high-order photobleaching rate of GFP inside live cells by measuring the dependence of the photobleaching rate on the excitation power. The photobleaching rate under one- and two-photon excitation increased with 1-power and 4-power of the incident intensity, respectively, implying the excitation photons might interact with excited fluorophore molecules and increase the probability of photobleaching. These results suggest that in applications where two-photon imaging of GFP is used to study dynamic molecular process, photobleaching may ruin the imaging results and attention should be paid in interpreting the imaging results.     

Two-photon irradiation of an intracellular singlet oxygen photosensitizer: Achieving localized sub-cellular excitation in spatially-resolved experiments

Abstract

The response of a given cell to spatially-resolved sub-cellular irradiation of a singlet oxygen photosensitizer (protoporphyrin IX, PpIX) using a focused laser was assessed. In these experiments, incident light was scattered over a volume greater than that defined by the dimensions of the laser beam as a consequence of the inherent inhomogeneity of the cell. Upon irradiation at a wavelength readily absorbed by PpIX in a one-photon transition, this scattering of light eliminated any advantage accrued to the use of focused irradiation. However, upon irradiation at a longer wavelength where PpIX can only absorb light under non-linear two-photon conditions, meaningful intracellular resolution was achieved in the small spatial domain where the light intensity was high enough for absorption to occur.     

荧光漂白后恢复技术及其在活细胞分子机制研究中的应用

荧光漂白后恢复（FRAP）是一项利用荧光探针研究活体细胞中各类分子迁移特性的技术。简要介绍了FRAP技术的原理和具体实施要求,列出了动态比和扩散系数的计算公式,并例举了近几年FRAP技术在细胞分子机制研究中的应用。     

双光子显微镜在生物医学中的应用及其进展

光学显微镜的发展历史是一段不断提高显微镜的分辨率和对比度的历史。双光子显微镜是近30年来非线性显微镜的研究发展的代表。它在分辨率上与共聚焦显微镜相当,但在成像的层析穿透深度上有显著提高,并且大大减少了光毒性与光漂白。由于生物细胞组织中富有各种自家荧光源,因此双光子显微镜被广泛应用于皮肤组织甚至癌组织以及细胞的成像。基于共聚焦扫描显微镜的双光子显微镜可以很容易的与二次谐波显微镜组合,对皮肤组织中的重要成分胶原纤维进行成像。双光子显微镜还可以结合其他非线性光学现象对组织以及细胞进行成像,显示其强大的生命力。将来随着携带方便且廉价的双光子显微镜的出现,双光子显微镜有望在临床医学上发挥其有效的作用。     

双光子激发荧光各向异性度的成像

荧光各向异性度 (fluorescence anisotropy) 测量可以获得荧光分子的转动速度信息,进而了解分子质量、结构、以及与周边环境的相互作用情况 . 围绕一台双光子激发扫描荧光成像系统,通过改变外光路和图像记录与处理程序,从而实现了双光子激发荧光各向异性度成像,并针对一些典型样品和体系,展示了该方法的应用 . 实验中观察了 FITC 荧光分子、 FITC 结合的 CD44 抗体分子及与肿瘤细胞表面受体结合的 FITC-CD44 抗体分子 . 测量结果表明,不同分子质量、不同微观环境状态下的荧光分子,其各向异性度大小不同,在各向异性度图中能够被明显区分 . 荧光各向异性度成像能够定量测量样品微区的各向异性度值,并以二维图像的形式直观表达,是各向异性度测量与成像技术的良好结合 .     

Photobleaching and phototoxicity of KillerRed in tumor spheroids induced by continuous wave and pulsed laser illumination

The purpose of this study was to evaluate photobleaching of the genetically encoded photosensitizer KillerRed in tumor spheroids upon pulsed and continuous wave (CW) laser irradiation and to analyze the mechanisms of cancer cell death after the treatment. We observed the light‐dose dependent mechanism of KillerRed photobleaching over a wide range of fluence rates. Loss of fluorescence was limited to 80% at light doses of 150 J/cm² and more. Based on the bleaching curves, six PDT regimes were applied for irradiation using CW and pulsed regimes at a power density of 160 mW/cm² and light doses of 140 J/cm², 170 J/cm² and 200 J/cm². Irradiation of KillerRed‐expressing spheroids in the pulsed mode (pulse duration 15 ns, pulse repetition rate 10 Hz) induced predominantly apoptotic cell death, while in the case of CW mode the cancer cells underwent necrosis. In general, these results improve our understanding of photobleaching mechanisms in GFP‐like proteins and show the importance of appropriate selection of treatment mode for PDT with KillerRed.

Representative fluorescence image of two KillerRed‐expressing spheroids before and immediately after CW irradiation.