作者:赵秋丽 冯帆 姚昌 来源:光明日报 发布时间:2019/1/19 9:59:34
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“荧光探针”点亮细胞世界
——记山东师范大学“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目科研团队

 

走进山东师范大学化学化工与材料科学学院实验室,在激光显微镜下,“荧光探针”使细胞呈现出色彩斑斓的效果,形态各异的图案仿佛将人带入鲜花与极光交融的海洋。然而,你能想象这不起眼的“荧光探针”通过成像监测,便能实现尽早地发现和预防重大疾病吗?

山东师范大学化学化工与材料科学学院唐波、董育斌、李平、王鹏、李娜等领衔的科研团队,经过近二十年的刻苦攻关,有效地解决了细胞成像这一难题,极大地推动了该领域的国际研究步伐,他们完成的“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目于近日获得2018年度国家自然科学二等奖,成为首个以第一完成单位获得国家自然科学奖的山东省省属高校。

早在2000年前后,当时国内的生命科学和光学成像等研究领域刚刚兴起,团队领头人唐波教授便敏锐地意识到分析化学和生命科学的紧密结合,必将推动一个新型交叉研究领域的兴起。从此,一个以化学、生物学、医学等多学科为支撑,以揭示重大疾病的发现和治疗为使命的团队应运而生。

2013年初,以山东师范大学为项目牵头单位、唐波为首席科学家的国家重大科学研究计划(973)项目“重大疾病相关的若干重要难检活性小分子细胞内纳米传感研究”正式启动。“一定要把目光瞄准国际科研领域的最前沿,只有站位高、视野宽、反应快,才能把握住科研领域的时代脉搏,产出高质量的研究成果。”唐波不仅自己以此为标杆,还将这一理念植入了全体科研团队的“基因”之中。

自然科学奖评审的核心指标就是原创性,而这正是“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目的“撒手锏”。该项目在国际上率先构建成多种新型发光材料,解决了材料量子产率低与波长不可调的关键问题,为研制具有高灵敏度与光谱空间可分辨探针的筛选、设计、构建奠定了重要的理论基础。

“在原有的检测方法中,荧光信号灵敏度差、转换效率较低,会直接影响成像质量,从而会导致医生对病人的病情错判。我们的成果创新性地运用特异性识别活性分子的机理与能量转移、电子转移等光信号转换机制,成功实现了对糖蛋白、葡萄糖、microRNA等活性分子的高选择性识别,检测速度和准确性都得到了极大提高。”长江学者董育斌教授说。

“在疾病发生之前,我们可以通过细胞内特定指标的变化来作出预警,从而尽早地预防和治疗。而这种指标变化,需要找到特殊的化合物即‘探针’,注入活体细胞后,用高能荧光显微镜来检测‘探针’光学信号的改变来确定。”为团队作出重要贡献的徐克花教授介绍说,他们的工作就是寻找化合物、研发新材料“探针”,实现高准确度和超高灵敏检测的突破。

“这与现阶段医学临床上采用的肿瘤检测方式不同。传统的血液检测,可能因样本离开人体而导致准确性下降,假阳性比例很高,比如前列腺癌的假阳性比例最高达60%。而使用CT检查,当发现病灶时,病情一般已进入中晚期。”青年长江学者李娜教授说,“因此,使用荧光成像方法,通过新材料‘探针’在活细胞里面检测活性物质,且是在体外保真环境进行,无创伤,无伤害。”

目前,团队师生所在的化学学科近十年来稳居ESI全球前1%,团队成员均有稳定的国家级课题作为依托,堪称精兵强将。“我们研究团队,不仅有化学专家,还引进了生物、医学、物理等方面的人才。大家学术背景非常多元,团队在开拓新的研究领域和方向时也非常方便。”泰山学者青年专家高雯说。

(本报记者 赵秋丽 冯帆 本报通讯员 姚昌)

 
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