线上讲座| 细胞生命可视化: 从单细胞成像到体内单分子生物化学

主题：Visualizing cellular life: From single cell imaging to in vivo single-molecule biochemistry

[报告简介]

单分子定位技术（SMLM）是可以同时提供超高的空间分辨率和定量信息的超分辨光学成像技术。在复杂的活细胞培养环境中，基于分子相互作用和组装的单细胞行为的表征和量化方面取得了巨大的进展。重要的是，单分子成像能够在活体内测定亚细胞结构的化学计量和分子结构，得到详细的、定量的、时空分辨的图像，在亚细胞水平上揭示动态异质性。

本次报告中Endesfelder教授将从样品制备开始介绍如何进行活细胞的单分子定位成像，会具体介绍许多其课题组的制样和标记技巧，包括活细胞双色PALM定量成像，样品制备细节，利用荧光小球漂移校正以及追踪密集、高动态的单分子数据。通过新的实验和分析策略来研究大肠杆菌和聚甲醛链球菌的细胞过程，分析蛋白质分布和拷贝数，确定相互作用和化学计量，解析其与细胞周期间的关系。

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[主讲人介绍]

Ulrike Endesfelder教授，德国马克斯普朗克研究所

Ulrike Endesfelder，激光与光谱学博士，毕业于比勒菲尔德大学，博后期间先后在伍尔茨堡大学和法兰克福大学从事生物物理学和合成微生物学方向的课题研究。2014年加入马克斯普朗克研究所系统与合成微生物学系，利用单分子定位技术研究微生物细胞生物学。Endesfelder教授课题组应用超分辨率显微镜的新兴领域的技术来研究微生物细胞生物学，结合成像、荧光团的光操纵和定量分析结果等，旨在对细胞结构和过程进行单分子层次的描述。

[报告时间]

开始  2020年06月30日  16:00

结束  2020年06月30日  17:00

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[直播好礼]

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主题：Investigating lipid membranes and membrane proteins at the single-molecule level

[报告简介]

脂滴是一种复杂、活动旺盛、动态变化的多功能细胞器，参与膜转运、蛋白降解，以及信号传导等生命过程，但是脂滴具有很高的可变性，现有的技术无法捕获其动态并研究其性质。Lumicks C-Trap将光镊系统、先进的实时成像技术和微流控系统结合以进行脂滴的捕获、操控和可视化，研究其在不同实验条件下的结构性质。

本次线上报告将主要介绍在通过相关荧光-光镊系统C-trap研究脂滴膜和膜蛋白的相互作用。它适用于对膜（蛋白质）相关课题和该领域新进展感兴趣的研究人员。报告会ZD介绍光镊技术的原理以及实现单分子操作的过程，通过荧光光镊研究脂滴和膜蛋白的作用以及脂滴融合的过程，以及在利用荧光光镊系统研究脂滴和膜蛋白作用的新研究进展。

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[主讲人介绍]

Bärbel Lorenz博士，Lumicks ZS应用工程师

Bärbel Lorenz博士，本科毕业美因茨大学生物化学专业，研究上皮细胞膜弹性，博士阶段于德国哥廷根大学，研究功能化脂质膜间相互作用，博后加入丹麦哥本哈根纳米科学ZX研究人工合成油滴与矿物表面的相互作用。她在单分子水平研究脂质膜结构和膜蛋白相互作用方面有着丰富的经验。

[报告时间]

开始  2020年07月09日  15:00

结束  2020年07月09日  15:40

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主题：Single-Molecule Studies Probe Critical Steps in the HIV-1 Life Cycle

[报告简介]

    逆转录病毒核衣壳蛋白（NC）在病毒的生命周期中起着重要的作用，控制着逆转录和衣壳脱壳的时间。Micah McCauley教授课题组发现在逆转录过程中，HIV-1 NC促进了核酸二级结构的重排，而在病毒组装过程中，NC蛋白作为组特异性抗原多蛋白（Gag）的一个结构域，以其特异性结合基因组RNA，并促进RNA包装成新的病毒粒子。结合单分子光镊测量和基于mfold的定量模型，发现当NC蛋白和Gag蛋白都破坏了TAR发夹的稳定性时，Gag蛋白有两个结合位点，而NC蛋白的作用靶点在顶端环附近。利用Lumicks C-Trap系统的新实验结合了单分子捕获和荧光成像。观察到NC蛋白诱导的双链DNA环形成，这一过程可能导致衣壳脱壳。同时可视化了单链DNA上Gag簇形成的动力学过程，这可能会驱动病毒的包装。

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[主讲人介绍]

Micah McCauley教授  美国西北大学

Micah McCauley教授2011年加入西北大学物理系，致力于通过单分子方法定量探测DNA和RNA的生物物理性质，了解这些相互作用在复制和转录等过程中的作用。具体研究来自病毒和细菌的单链DNA结合蛋白、逆转录病毒复制蛋白（如HIV-1核衣壳和Gag蛋白）、细菌聚合酶、与DNA结合并可能YZ细胞复制的小分子以及核蛋白等。

[报告时间]

开始  2020年05月22日  15:00

结束  2020年05月22日  16:00

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着眼再生医学，LLS ROWIAK 真正实现“可视化激光组织切割”创新技术

LLS ROWIAK – Image Guided Laser Based Tissue and Material Processing

[报告简介]

    近年来，再生医学领域飞速发展，分析组织结构或植入物--界面相互作用比以往任何时候更重要。在临床前研究设计中，虽然组织学分析非常必要，但是费时费力。尤其是硬组织样品或含有植入物的样品的制备非常具有挑战性。传统的磨片技术受厚度的限制，对样品损耗大。且在切片过程中，硬组织必须脱钙，也导致了生物信息的丢失。

    可视化激光无损组织切片技术为再生医学中完整定量的进行组织学分析开辟了新的可能性。这项技术无须脱钙硬组织、非接触式激光切割，辅助OCT成像，真正实现了“可视化切割”。

    利用可视化激光无损组织切片技术，可以胜任连续切片的未脱钙硬组织或移植组织样本。切后样本可以广泛的应用于免疫组化染色，TRAP染色，骨von Kossa染色。

    除此之外，Tissue Surgeon集成的OCT成像技术，可以进行三维特定组织切片的进一步生化分析。例如，从原生组织中沿植入物界面切出的3D细胞簇进行的RNA分析显示，激光切割不会破坏组织的生化信息。基于Tissue Surgeon轻柔而快速的样本制备方法，科学家已经成功的证明了在骨--种植界面的TNF-α表达。

    本次webinar将对Z新的技术——可视化激光无损组织切片技术研究进展做介绍，另外，对于该技术的样本制备和实验上机检测也将有详细讲解。欢迎参加。

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[主讲人 & 报告时间]

[直播好礼]

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探索从细胞到微孔板到动物的成像技术发展。

请于 12 月 7 日在线参加我们的网络研讨会：
探索ZL疾病的新药物：小动物活体成像技术在新药研发中的Z新应用进展

麻省总医院系统生物学ZXMatthias Nahrendorf博士
Charles River实验室分子影像ZX主任Patrick McConville

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按需查看：发现ZL疾病的新药物：发展细胞成像技术

发言人：加拿大安大略省哈密尔顿市麦克马斯特大学的 David W. Andrews 博士
和爱尔兰都柏林大学的 Jeremy Simpson 博士

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按需查看：发现ZL疾病的新药物：发展测井成像技术

发言人：法国巴黎巴斯德研究院的 Spencer Shorte 博士
美国北卡罗来纳大学教堂山分校的 Klaus Hahn博士

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在人类ZL癌症的过程中，肿瘤和免疫系统的这场无硝烟的战争旷日持久。肿瘤为了躲避免疫系统的追杀，形成了复杂的肿瘤微环境和免疫逃逸机制，一方面防止阻止免疫细胞进入肿瘤内部，一方面伪装诱骗免疫系统躲避追杀。传统化疗/放疗ZL手段为了杀死疯狂复制转移的肿瘤细胞，通常会造成正常细胞损伤。随着生物科技和YL手段的不断进步，生物制药和细胞ZL的更新迭代，以及jing准YL概念的深入人心，在人类战胜癌症的这场战争中，我们越来越接近黎明前的曙光。

纳米载体作为一种新的科技手段，已经越来越多的应用于疾病ZL过程中。纳米载体以其独特的“木马效应”，通过抗体偶联、控制释放时间/环境和多靶标联合ZL等方式，可增加药物靶向性，并改善疾病治LX果。在2018第三届中美纳米医药研讨会期间，PerkinElmer市场&技术团队结合当年Z新的研究热点和实际案例，为您带来从分子机制-细胞分析-活体成像-定量病理提供纳米医药研究方案。

Unravelling the mysteries of a molecular chaperone

揭示分子伴侣Hsp90的作用机制

[报告简介]

热休克蛋白90 (Hsp90)是一种由ATP驱动的分子伴侣，是参与细胞分裂和信号传导的调节等复合物的重要组成部分，也是肿瘤早期检测的新型标志物。Hsp90分子具有高度的灵活性，所以结构表征无法完全揭示诸如Hsp90构象变化的确切方式，其与核苷酸的作用，不同的结构域取向等机制。本次报告中，Kasia Tych教授将介绍通过单分子光镊技术研究Hsp90的折叠机制，Hsp90的带电柔性连接区域的作用机理，比较Hsp90的同源物并揭示核苷酸结合对Hsp90二聚体界面的稳定性影响。通过C-trap荧光光镊系统揭示理解共分子伴侣对Hsp90构象周期和单分子力学性质的影响机制的Z新进展。

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[主讲人介绍]

Kasia Tych教授    荷兰格罗宁根大学

Kasia Tych教授，博士毕业于英国利兹大学，博后期间先后在Lorna Dougan和Matthias Rief教授课题组研究极端生物蛋白的单分子生物物理和通过光镊研究热休克蛋白体系动力学性质。2020年Kasia Tych教授加入格罗宁根大学，结合荧光成像和光镊技术对热休克蛋白进行单分子层次表征，深入了解蛋白质的结构—功能—动力学关系。

[报告时间]

开始  2020年06月18日  15:00

结束  2020年06月18日  16:00

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[直播好礼]

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       在过去的十年里，红外（IR）光谱已被广泛应用于哺乳动物组织中的胶原蛋白研究。对有序胶原蛋白光谱的更好理解将有助于评估受损胶原蛋白和疤痕组织等疾病。因此，利用偏振红外光研究胶原蛋白（I型胶原和II型胶原）的层状结构和径向对称性逐渐成为研究热点。目前，基于焦平面阵列检测器的偏振远场（FF）傅立叶变换红外（FTIR）成像、偏振远场（FF）、光学光热红外（O-PTIR）以及散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的纳米红外技术在胶原蛋白领域得到广泛应用。偏振远场（FF）方法可应用于完整肌腱的截面，其纤维平行且垂直于偏振光排列。光学光热IR红外（O-PTIR）和纳米傅立叶变换红外（nano-FTIR）方法则应用于直径为100~500 nm的原纤维，在生物聚合物上共同实现互相印证和互补的结果。

       通常，I型胶原蛋白在偏振红外光下反应不同。采用基于焦平面阵列（FPA）检测的远场傅里叶变换IR（FF-FTIR）对其进行成像时，受制于蛋白质酰胺I和II的红外特征峰吸收带的波长（~7 μm）的分辨率极限，难以获取高质量的成像结果。而采用散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）方法的纳米级FTIR（nano-FTIR）光谱技术，可以获得空间分辨率约为20nm的红外光谱，解决了受限于IR辐射波长的限制（通常5-10 μm）。此外，采用光学光热红外技术（O-PTIR）成像和光谱学的方法，也可以摆脱红外波长的限制，实现亚微米（500nm）的空间分辨率，为完整组织和原纤维胶原蛋白的研究打开了一个新窗口。

       近期，在Kathleen M. Gough等人的研究中^[1]，作者采用基于光学光热红外（O-PTIR）ZL技术的PSC非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 mIRage对样品〜500 nm单点区域收集振动光谱，如图1所示。该光学光热红外（O-PTIR）技术的工作原理是光热检测，其中红外量子级联激光器（QCL）激发样品在1800–800 cm^-1光谱范围内的分子振动。产生的光热效应通过短波长探测激光器检测。图2A-B中的光谱表明，固有的激光偏振所获得的高对比度所产生的光谱与使用FTIR焦平面阵列和偏振器组合进行的光谱测试近乎一致。并且对于安装在玻璃显微镜的不同载玻片，样品均获得了具有良好SNR的高质量光谱。

图1. 完整肌腱的光学光热IR（O-PTIR）光谱，〜500 nm测量点。（A）利用线性偏振量子级联激光器（QCL）从CaF₂窗口在平行和垂直两个不同方向上获得光谱。插入的可视图像显示了6个采谱位置；比例尺= 70 µm。（B）对比从CaF₂（顶部）和玻璃（底部）载玻片在线性偏振QCL的平行和垂直方向上获得的光谱。

       光学光热红外（O-PTIR）技术可以通过在载物台上轻易地旋转样品来测试平行和垂直于红外激光偏振方向的光谱。并利用光学光热红外（O-PTIR）技术在几个单一频率下对原纤维成像，以获得表观物理宽度的确定性估计。如图2右侧所示，在垂直方向上， 1655 cm^-1处记录的单波长图像的红黄带表明该原纤维的宽度不超过500 nm。该尺寸将目标物标定为真正的原纤维，并且可与红外s-SNOM实验中检测到的300 nm原纤维相当。光学光热红外（O-PTIR）技术与nano-FTIR的测试结果相互印证，反映了“原纤维”宽度的标准范围。此外作者观察到，来自原纤维的酰胺I和II谱带比完整肌腱的窄，并且相对强度和谱带形状都发生了变化。这些光谱反映出在偏振红外光下正常I型胶原纤维的更多有用信息，并可作为研究胶原组织的基准。

图2. 从CaF₂窗口利用O-PTIR测试控制肌腱原纤维获得的光谱。用平行于激光偏振的原纤维获得的顶光谱（红色）；蓝色是垂直方向上的光谱。右侧是在垂直方向基于1655 cm^-1的单波长图像。正方形表示光谱采集位置。比例尺= 1 µm。

       与基于焦平面阵列检测器的偏振远场傅立叶变换红外（FF-FTIR）光谱相比，光学光热红外（O-PTIR）具有更高的空间分辨率，且可提供单波长光谱。使用FF-FTIR FPA探测往往包括其他非胶原材料。同时，光学光热红外（O-PTIR）还可以提供偏振平行于原纤维取向的原纤维光谱。这也是光学光热红外（O-PTIR）和纳米FTIR光谱对直径为100~500 nm的胶原原纤维给出证实性和互补性结果的首次证明。综上所述，这些结果为进一步研究生物样品中的胶原蛋白提供了广阔的基础。

参考文献：

[1]. Gorkem Bakir, Benoit E. Girouard,  Richard Wiens, Stefan Mastel, Eoghan Dillon, Mustafa Kansiz, Kathleen M. Gough, Molecules 2020, 25, 4295; doi:10.3390/molecules25184295.

报告日程

多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT简介

       北京大学生命科学学院公共仪器ZX引进的多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT，是国内首套系统。于2020年9月顺利安装于金光楼126室并开始运行，生科院公共仪器ZX覃思颖老师直接负责仪器的管理维护和样本测试工作。

       FluidFM BOT是一种将微量注射与原子力显微镜技术相结合的新一代单细胞显微操作系统。它所整合的纳米级位移台能够实现在细胞表面进行JZ的操作和fL级的流体控制。因此FluidFM BOT在技术层面上具有非常ZY的单细胞操纵能力。

多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT独特秘籍

        在当代生物学与医学的研究中，对单个细胞的分离一直有着很高的需求。然而传统手段中却鲜有能够在原位无损的细胞分离的操作设备和技术。而FluidFM在这一方有着独特的秘籍，它能够在原位仅消化单个细胞并将其转移到指定位置。

使用FluidFM BOT进行单细胞分离：

• 通过fL压力泵实现单个细胞的胰酶消化

• 将单个细胞通过强大的微管探针直接抓取并放置在指定部位

• GX而简便化自动操作

多功能单细胞显微操作系统FluidFM BOT应用实例

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 欢迎莅临 

国际阻抗谱大会展台交流 ！

www.eis2023.cn

由北京化工大学与清华大学联合承办的“第12届国际电化学阻抗谱会议”（EIS 2023）将于2023年7月2-7日在北京举行。

在EIS 2023，普林斯顿输力强将携带阻抗研究利器Enerylab与您见面，同时在7月6日14:30-14:45口头报告题为"Towards Ultra-high Resolution and Localized EIS for Advanced Energy Research" 。

普林斯顿输力强期待您的莅临！