韓國(guó)和新加坡的研究人員首次開發(fā)出一種化學(xué)探針，可以對(duì)活體動(dòng)物大腦中的一種叫做小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫細(xì)胞進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。這一發(fā)現(xiàn)由韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)領(lǐng)導(dǎo);新加坡生物成像聯(lián)合會(huì)(SBIC)和科學(xué)，技術(shù)和研究機(jī)構(gòu)(A * STAR)的新加坡免疫網(wǎng)絡(luò)(SIgN);和新加坡杜克國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院將開展關(guān)鍵成像研究，幫助科學(xué)家了解腦卒中，自閉癥，阿爾茨海默氏癥和帕金森病等腦疾病的發(fā)展。

小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦的主要常駐免疫細(xì)胞。盡管小膠質(zhì)細(xì)胞在一個(gè)世紀(jì)前被描述，但這些細(xì)胞最近才被發(fā)現(xiàn)在各種神經(jīng)疾病的發(fā)展中起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)得益于分離這些細(xì)胞的技術(shù)進(jìn)步，以及表達(dá)來自小膠質(zhì)細(xì)胞譜系的熒光蛋白的轉(zhuǎn)基因小動(dòng)物系統(tǒng)，允許用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。然而，研究人類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物的小膠質(zhì)細(xì)胞非常困難。

能夠與大腦中的其他細(xì)胞分開研究小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于理解大腦發(fā)育和疾病至關(guān)重要。雖然已經(jīng)開發(fā)了幾種生化標(biāo)記物和分子成像工具來研究這些特化細(xì)胞，但目前沒有一種方法能夠在活腦中以細(xì)胞分辨率顯示小膠質(zhì)細(xì)胞，這在臨床上更具相關(guān)性。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的合作研究由來自IBS的教授兼副主任Young-Tae Chang領(lǐng)導(dǎo)，他們也是A * STAR的SBIC，以及來自Duke-NUS的副教授Hyunsoo Shawn Je，他們確定了小膠質(zhì)細(xì)胞的熒光標(biāo)記物。 ，從潛在探針庫中篩選出來。研究人員隨后進(jìn)行了大量的離體和體內(nèi)研究，以證明其中一種名為CDr20的探針確實(shí)可以在活細(xì)胞中標(biāo)記小膠質(zhì)細(xì)胞。免疫染色用于驗(yàn)證小膠質(zhì)細(xì)胞的選擇性染色。然后，作者使用敲除細(xì)胞系來鑒定小膠質(zhì)細(xì)胞中存在的“開啟”探針熒光的酶。

張教授解釋說：“通過徹底的結(jié)構(gòu) - 活性關(guān)系研究，我們開發(fā)了這種高性能熒光化學(xué)探針CDr20，可以在體外和體內(nèi)可視化小膠質(zhì)細(xì)胞。使用基因組規(guī)模的CRISPR-Cas9敲除篩選，我們確定了Ugt1a7cas是CDr20的功能性靶蛋白，通過酶促葡萄糖醛酸化反應(yīng)激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的CDr20熒光信號(hào)。我們的探針也可以標(biāo)記人源和靈長(zhǎng)類衍生的小膠質(zhì)細(xì)胞，因此這對(duì)研究高等哺乳動(dòng)物的小膠質(zhì)細(xì)胞功能非常有用，臨床上更相關(guān)。“

隨著快速發(fā)展的光學(xué)成像技術(shù)，熒光小分子已成為生物醫(yī)學(xué)研究不可或缺的工具。然而，已知與分子生物標(biāo)志物結(jié)合的細(xì)胞類型特異性熒光小分子非常罕見。

“Chang實(shí)驗(yàn)室擁有廣泛的隨機(jī)熒光分子庫，他們利用基于大規(guī)模細(xì)胞的篩選來識(shí)別突出腦免疫細(xì)胞的特定熒光小分子，”副教授Je說。“這種小分子對(duì)標(biāo)記小膠質(zhì)細(xì)胞和大腦駐留免疫細(xì)胞的相關(guān)譜系具有極高的選擇性。我們利用最先進(jìn)的體內(nèi)多光子顯微鏡觀察靜脈注射染料后大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞，這在以前是不可能的。”

作者表示他們將繼續(xù)努力改進(jìn)CDr20的功能和實(shí)用性。此外，Chang實(shí)驗(yàn)室正在篩選僅標(biāo)記活化小膠質(zhì)細(xì)胞的新分子，科學(xué)家懷疑這些分子在神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)炎癥中發(fā)揮作用。

注意到新加坡A * STAR和Duke-NUS以及IBS，POSTECH，蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究院(UNIST)和韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的合作，杜克大學(xué)研究部高級(jí)副院長(zhǎng)Patrick Casey教授新加坡國(guó)立大學(xué)評(píng)論說：“這項(xiàng)工作是新加坡和韓國(guó)最好的研究機(jī)構(gòu)之間多學(xué)科合作的一個(gè)很好的例子。它為小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展中的研究做出了重要貢獻(xiàn)，可以導(dǎo)致未來的治療方法“。