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飞秒激光在医疗领域日益重要

导读: 来自天津大学,南开大学生命科学学院的研究人员发表文章报道称增强型绿色荧光蛋白的荧光会由于激光而被关闭,这种特殊的激光即飞秒激光。

  来自天津大学,南开大学生命科学学院的研究人员发表文章报道称增强型绿色荧光蛋白的荧光会由于激光而被关闭,这种特殊的激光即飞秒激光,是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段,研究人员还通过癌细胞的系列离子进程验证了这一点,相关成果公布在Nature Photonics杂志(影响因子为29.2)上。

  文章的通讯作者是天津大学的王清月教授,以及贺号副教授(同时也是第一作者),其他研究人员包括南开大学生命科学院曹又佳教,天津大学博士研究生王劭阳,胡明列教授,研究得到了国家科技部973计划和自然科学基金委的资助。绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)是生物化学和细胞生物学研究中常用到的一种探索蛋白,这种蛋白能通过光激发发出荧光,指示基因表达,所以被称为报告基因。之前华裔科学家钱永健曾由于这一领域的研究获得了诺贝尔化学奖(近期钱永健研究组也取得了最新的成果,详情请见:华裔师徒二人Nature获技术突破)。

  激发GFP的光一般是激光,而此项研究采用了一种称为飞秒激光的光源,飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光,持续时间非常短,只有几个飞秒,一飞秒就是10的负15次方秒,也就是1/1000万亿秒,它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍。飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段,由于具有快速和高分辨率特性,在病变早期诊断、医学成象和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。

  在这篇文章中,研究人员在之前研究的基础上,发现一定参数的飞秒激光对细胞的刺激可以排空内质网上的钙存储,从而使得细胞膜上钙通道的打开。这是世界上首次实现了激光对于钙存储调控的钙通道(CRAC)的控制。

  并且研究还通过进一步的研究表明细胞内的钙浓度异常升高会导致活性氧自由基簇的升高,从而使得GFP被氧化漂白,这种漂白来自于GFP蛋白质结构发光基团的变化。

  由此研究人员指出,通过癌细胞相互作用时一系列离子过程的变化,证明了飞秒激光可以调控这些变化,并且这种可控性可以对细胞内表达的绿色荧光蛋白在绿-红荧光转换中起到精确的调控作用。从而首次证实飞秒激光可以可控性地定量调节细胞内的多种离子,对于未来的光控细胞过程和疾病治疗具有重要价值。

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