受萤火虫的启发！科学家通过生物发光实时监测癌症代谢
当遇到困难时，去亲近大自然吧！ 神奇的自然界总会给你新的启发。
联邦洛桑理工学院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne，EPFL）生物有机化学和分子成像实验室的化学家Elena Goun受萤火虫发光的启发，发明了一种新的成像技术能够实时监测量化糖代谢，能够帮助了解肿瘤代谢的最新情况和开发有效的癌症治疗方法。该研究结果发表在《Nature Methods》杂志上。
DOI：10.1038 / s41592-019-0421-z
Goun 表示：“我们想开发一种工具来实现更有效的癌症治疗。新的成像技术让我们能够实时量化糖的代谢量，提供肿瘤代谢相关的有价值信息，以及分析可能剥夺肿瘤主要能量来源的药物类型。”
Goun和她的团队从萤火虫发光的方式中找到了灵感，将其与“点击化学”结合起来。“点击化学”是化学生物学的一个分支。在“点击化学”中，生物相容的分子被设计“点击”在一起，在复杂的生物体环境中可以直接发生特定的反应。
Elena Goun图片来源：EPFL
由于癌症代谢率较高，因此需要消耗大量的糖。糖的代谢是癌症生长和转移很重要的燃料，但由于缺乏具体可操作的工具，人们对这一过程知之甚少。
Goun设计两种点击分子，一种是糖分子，另一种是“笼状”荧光素分子。这种发光化合物在萤火虫体内很常见。一旦被标记的糖分子被肿瘤“吃掉”，它就会通过“点击”反应与这种“笼状”荧光素发生相互作用，产生与进入细胞的糖量成比例的生物荧光。
她将萤火虫成像技术命名为BiGluc，即“生物发光葡萄糖”的缩写。
以一只带有荧光素酶标记肿瘤的老鼠为例。表达荧光素酶的肿瘤是通过从患者体内取出癌性肿瘤样品制成的。研究人员用荧光素酶（一种产生生物发光的氧化酶）对肿瘤细胞进行化学标记。让这些标记过的细胞在小鼠中生长，以了解癌症的基本情况，从而进行有效的癌症治疗。
接下来，在小鼠中注射第一种化合物，这种化合物在血液中不易分解。二十四小时后，注入第二种化合物，该化合物仅在特定的条件下才能与第一种化合物反应。
两种化合物之间的反应产生生物发光， 但只发生在表达荧光素酶的肿瘤代谢糖的地方。将CCD相机传感器指向身体，就可以获得肿瘤代谢水平的快照。产生的生物发光与代谢糖的量成正比。
BiGluc可用于了解不同肿瘤的代谢需求，为产生新的、有效的治疗开辟道路。这种新的光探针不具有放射性，可以在活体上工作，只需两针注射和一个摄像头就能够获知肿瘤的最新糖代谢情况。
Goun说：“我们的新型光学成像技术具有很高的临床适用性。它是非放射性的，高度敏感并且可量化。值得注意的是，这些试剂多年来都是稳定的，发光可以被观察好几个小时。”
由于BiGluc的广泛性，它还可以从癌症扩展到许多其它病理学上具有功能障碍的重要细胞。因此，BiGluc 能在检测一些疾病中的代谢变化起着关键作用，如糖尿病、神经退行性疾病、非酒精性脂肪性肝炎等。
令人兴奋的是，Goun团队已经为开发超敏感成像平台打下了基础。该平台可以量化许多重要代谢物的摄取，这些代谢物在多种人类疾病中发挥着核心作用。或许在不久的将来，很多癌症将会得到更加有效的治疗。
End
参考资料：
[1] Shedding light on cancer metabolism in real-time with bioluminescence
[2] Bioluminescent-based imaging and quantification of glucose uptake in vivo
本文系生物探索原创，欢迎个人转发分享。其他任何媒体、网站如需转载，须在正文前注明来源生物探索。