摘要：來(lái)自日本理化學(xué)研究所，北海道大學(xué)電子科學(xué)研究所等處的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新型的鈣離子傳感器，這種傳感器能對(duì)細(xì)胞內(nèi)極微量（nM:NanoMora）水平的鈣離子（Ca2+）濃度變化高度敏感，從而有利于分析與與鈣離子動(dòng)態(tài)異常相關(guān)的疾病。這一研究成果公布在NatureMethods雜志上。  

    生物通報(bào)道：鈣是人類和動(dòng)物不可缺少的元素，也是人體內(nèi)含量最多的金屬元素。由于鈣離子在生命活動(dòng)的各種生理生化反應(yīng)、疾病的發(fā)生和發(fā)展中都扮演著極其重要的角色，因此，體內(nèi)鈣離子濃度的測(cè)定具有特別重要的意義。

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    目前，鈣的測(cè)量方法有很多，如比色法、滴定法、熒光法、Ca2+放射性同位素示蹤法等，但是很多方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能，比如在各種細(xì)胞靜止期上的鈣離子濃度的不同，大腦皮層神經(jīng)活動(dòng)的高靈敏度檢測(cè)，或者是對(duì)活著的生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、肌肉組織獲得模式的同時(shí)測(cè)定，以及測(cè)定大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中細(xì)胞間信號(hào)傳遞。

    來(lái)自日本理化學(xué)研究所，北海道大學(xué)電子科學(xué)研究所等處的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新型的鈣離子傳感器，這種傳感器能對(duì)細(xì)胞內(nèi)極微量（nM:NanoMora）水平的鈣離子（Ca2+）濃度變化高度敏感，從而有利于分析與與鈣離子動(dòng)態(tài)異常相關(guān)的疾病。這一研究成果公布在NatureMethods雜志上。

    領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是北海道大學(xué)TakeharuNagai（永井健志），這位教授在光電生物影像，以及現(xiàn)代顯微成像技術(shù)等方面獲得了許多重要的成果，曾多次來(lái)華進(jìn)行演講。

    在這篇文章中，研究人員成功開(kāi)發(fā)出對(duì)細(xì)胞內(nèi)極微量（nM:NanoMora）水平的鈣離子（Ca2+）濃度變化高度敏感的熒光性Ca2+傳感器。這種超高靈敏度的鈣離子傳感器被稱為：Cameleon-Nano（變色龍-Nano），能夠完成以往不能實(shí)現(xiàn)的生物檢測(cè)需要，比如對(duì)活著的生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)定等等。

    這項(xiàng)成果將對(duì)與鈣離子動(dòng)態(tài)異常相關(guān)的癲癇發(fā)作、雙相情感障礙、循環(huán)系統(tǒng)疾病、過(guò)敏性疾病、內(nèi)分泌紊亂等各種疾病原因的探明及相關(guān)藥物的開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。

    另外與鈣離子相關(guān)的另外一項(xiàng)技術(shù)在目前的檢測(cè)方面中也越來(lái)越受到了人們的重視，這就是鈣離子敏感型化學(xué)探針。這種探針是一類多苯環(huán)有機(jī)化合物，可以和二價(jià)金屬離子結(jié)合，對(duì)鈣離子具有較高的選擇結(jié)合性，當(dāng)其與鈣離子結(jié)合后在一定波長(zhǎng)的光激發(fā)下可以發(fā)出一定波長(zhǎng)的光。

    這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)代社會(huì)頻繁爆發(fā)的環(huán)境污染、食品中毒、大規(guī)模疾病等事件密切相關(guān)，這些事件的發(fā)生，引起了人們對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品監(jiān)控、疾病診斷和生物戰(zhàn)劑檢測(cè)等的重視，而這些都迫切需要快速、準(zhǔn)確檢測(cè)病原體的方法。

    傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要有形態(tài)學(xué)鑒定，生物化學(xué)方法，免疫測(cè)定和核酸檢測(cè)方法,這些方法的應(yīng)用都存在的一定的局限性，形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)方法需要分離、培養(yǎng)微生物，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，通常需要幾天的時(shí)間才能完成。免疫測(cè)定方法，如酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定ELISA雖然檢測(cè)時(shí)間較短，但卻是一種操作繁瑣的技術(shù)，需要反復(fù)的沖洗操作.一般來(lái)講，核酸檢測(cè)方法具有較高的敏感性，PCR技術(shù)可以檢測(cè)到10個(gè)甚至更少微生物的存在，但其需要較純凈的樣品并且不能檢測(cè)蛋白質(zhì)。

    鈣離子敏感型化學(xué)探針是一種基于熒光檢測(cè)的細(xì)胞傳感器的發(fā)光技術(shù)，這種技術(shù)一般是利用免疫細(xì)胞表面特異的受體直接或間接地識(shí)別和結(jié)合抗原，然后通過(guò)膜表面分子相互作用激活細(xì)胞內(nèi)部的信號(hào)傳導(dǎo)通路，將信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi)部，引起細(xì)胞發(fā)生一系列生理生化反應(yīng)，如胞漿內(nèi)鈣離子濃度的迅速升高、蛋白磷酸化、特異基因的表達(dá)。接著細(xì)胞內(nèi)人工添加的或通過(guò)基因工程表達(dá)的指示劑將細(xì)胞內(nèi)部的信號(hào)轉(zhuǎn)化成容易檢測(cè)的光信號(hào)，檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)光信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)定性或定量地檢測(cè)特異性抗原。

    信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)在傳感器的設(shè)計(jì)中起著極為重要的作用，現(xiàn)在應(yīng)用的信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)主要是利用各種鈣離子探針將鈣離子濃度的變化轉(zhuǎn)變成熒光信號(hào)。

    鈣離子敏感型化學(xué)探針有兩種形式，一是普通的可溶性鹽形式，通常需要以微注射的方式載入細(xì)胞；另一種是將其負(fù)電基團(tuán)結(jié)合了乙酰羧甲酯（AM）的酯基形式，可通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散直接進(jìn)入細(xì)胞，并在細(xì)胞內(nèi)非特異性酯酶的作用下水解，恢復(fù)為不能通過(guò)細(xì)胞膜的游離酸形式。由于這種鈣離子探針使用方便，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)鈣離子的檢測(cè)。但這種探針存在自發(fā)熒光干擾、光損害和光漂白等問(wèn)題，從而影響細(xì)胞的生理活性和代謝狀態(tài)�，F(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多新型的這種探針，對(duì)鈣離子具有不同的親和力，可以測(cè)定不同濃度鈣離子的變化，有些具有更強(qiáng)的發(fā)光效果，低載量使用可以減輕細(xì)胞的光損害。

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