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黄石Cryo-TEM技术特点

来源: 发布时间:2022年12月13日

冷冻电镜技术:随着技术的不断进步和人类对于生命科学领域知识的不断积累,药物研发越来越走向理性化,包括法规体系的建立和优化、药品质量控制模式的变迁走向QbD阶段。基于结构的药物设计已经逐渐成为药物开发设计的主流,与此同时冷冻电镜技术也在蓬勃发展。冷冻电镜单颗粒分析技术和微晶电子衍射技术不只能解析近原子分辨率的结构,而且能解析传统结构生物学无法解析的结构,帮助确认药物靶点,拓展可用药物靶点的研究范围和完善基于靶点结构的药物设计。冷冻电子断层扫描技术在不久的未来可能提供细胞原位观察药物与靶点的作用。冷冻电镜技术能够提供生理环境下大分子复合物纳米、亚纳米甚至近原子尺度的原位结构信息。黄石Cryo-TEM技术特点

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冷冻电子显微镜技术具有研究对象普遍、样品需求量少、更接近生理状态等独特优势,随着电子显微镜的硬件设备和结构解析的软件算法等方面不断取得的重要突破,冷冻电镜技术必将在研究对象、分辨率水平和研究方法等各个方面取得重大进展。当然,冷冻电镜技术也面临着许多技术上的挑战,怎样改进样品的制备技术,如何如何客观地对三维重构的结果进行检验、明确结构解析的分辨率以及对生物大分子构象不均一性的分析等仍然是冷冻电镜研究中有待解决的重要问题。但是,挑战越多,机遇也就越多。相信有关的研究者们,一定能够冷静抓住机遇,勇敢迎接挑战,让冷冻电镜技术在结构生物学、细胞生物学等领域发挥更大的作用,帮助我们更加深入、透彻地研究各种生命现象。冷冻透射电子显微镜技术用途冷冻电镜技术既完美契合了结构生物学的基础研究,又能够助力加速基于结构的药物研发。

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冷冻电镜技术是什么呢?冷冻电镜用于生物样品三维结构解析,包含单颗粒分析、微晶电子衍射和冷冻电子断层扫描3种技术。冷冻电镜单颗粒分析技术(cryo-EMSPA)是一种以单颗粒形式分析生物分子组装的新方法,通过将负染电镜筛选获得的合适浓度的生物分子样品快速冷冻,使生物大分子以近天然状态存在于无定形冰中,然后进行冷冻样品的筛选、数据收集和三维结构解析,从而获得高分辨率的生物分子结构。冷冻电镜单颗粒分析技术能够从分子层面进行详细的研究,解析基于结构的药物研发的分子基础,而冷冻电子断层扫描能够从亚细胞水平观察目标分子在原位细胞环境中的作用位点和作用机制,相信在不久的将来能够用于进一步确认基于结构的药物研究的可靠性。微晶电子衍射不只能够进行小分子微晶结构解析,也可与现有技术互补,进行生物大分子及其复合物的微晶结构解析。

低温冷冻透射电镜技术的特点:相对于常温透射电镜,低温透射电镜的优势有:①快速冷冻制样技术将样品固定在玻璃态的冰层中,避免了水或溶剂结晶对样品结构的破坏,能够保持液相中有机分子自组装体和化学反应中间体的微观结构,避免了样品干燥引起的结构变化;②高分子及化学反应体系常常具有非平衡态结构,快速冷冻制样技术能够保持住非平衡态结构,进而得以观察;③低温条件能够尽可能保持有机和高分子等软物质材料的微观结构,明显减少电子束对样品的损伤。冷冻电镜技术的独特优势:更接近天然状态,不需要蛋白质结晶。

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冷冻电镜技术也正在成为助力医药研发的有力手段。依托对蛋白质结构的理解,科学家正在开发更有效的治Ca药、打菌素、止痛药、麻醉剂等。中国过去10多年里,建成了世界上较大的冷冻电镜设施。中国的科学家,也在冷冻电镜领域取得了很多举世瞩目的成就,引起了世界的普遍关注。比如清华大学的施一公团队,对老年痴呆症相关的重要蛋白质结构进行了解析,对于我们理解它的发病机理甚至开发重要治疗方法有重要意义。他们对剪接体复合体一系列结构的研究帮助我们理解细胞的演化、细胞的基因调控和其他一些相关疾病有着重要意义。2019年,中国科学家利用冷冻电镜技术解析到世界上目前分辨率较高的猪瘟病毒结构,这对我们了解该病毒的发病机理,以及如何更好开发疫苗具有重要意义。虽然冷冻电镜技术属于前沿技术,但目前已经有利用冷冻电镜基于结构研发的药物进入临床试验。韶关Cryo-TEM技术应用

冷冻电镜技术能够从分子层面进行详细的研究,解析基于结构的药物研发的分子基础。黄石Cryo-TEM技术特点

单颗粒冷冻电镜技术的颗粒挑选:接下来需要从原始数据中筛选出颗粒投影,也被称为“颗粒挑选”,颗粒挑选的好坏也将影响所有后续的分析和处理过程,是一个重要并且繁琐的步骤。颗粒挑选方式可以分为手动挑选、半自动挑选和完全自动挑选这几种。在早期的分析中,对于结构的了解还非常少,优先考虑的都是人工挑选。但是自动的颗粒图像获取方法的出现使得在很短时间内可以收集数十万张颗粒图像,人工挑选大量的颗粒图像不太现实,并且人工的挑选通常会过于集中于某一类颗粒图像,导致遗漏和偏差。半自动和全自动的方法主要有以下三类:(1)通过例如降噪、反衬增强、边缘算子等图像形态学方法搜索区域,基于数字图像处理学的原理,将颗粒图像与背景分离开来。(2)基于模板的方法,通过扫描数据图像和已知的模板比较来挑选出潜在的颗粒图像,模板的来源通常为手动选出的数据图像中较为清晰的颗粒图像,或者是已知结构的投影。(3)结合无模板和有模板的方法,通过一些有监督的机器学习算法进行颗粒挑选。黄石Cryo-TEM技术特点

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