华人青年科学家陆航(Hang Lu)博士, 2005年度的麻省理工科技创业TR35获奖人之一,现任美国乔治亚理工学院化学及分子生物工程(Georgia Tech School of Chemical & Biomolecular Engineering)副教授,她和她的学生们研制了一种微流体设备,以此探索生物学家们长期以来一直在探索的未知区域:有机体如何从单一的细胞分化出复杂的结构。
科学家们已经知晓,胚胎最初的发展从分化出背腹轴开始。要了解背腹轴的呈现过程,尤其是该过程中蛋白质的出现及位置,就要同时在很多时间段观察大量具不同遗传学背景的胚胎。但是,为了收集并分析背腹轴的信号模式及转录模式,必须对大量的个体胚胎进行手动操作,耗费的工作量十分巨大。
陆航博士设计的这种微流体设备用聚二甲硅氧烷(PDMS)制成,大小如同一只显微镜载玻片,包含大约700个胚胎孔,可在短时间内确定出大规模数量级的背腹轴蛋白位置信息的分析。操作的时候,液体流经S型通道,同时引导胚胎流向胚胎孔,同时清除多余的或者不恰当的胚胎。陆博士介绍说,一旦胚胎进入胚胎孔,流型的频率会增加,基本上,平均90%的胚胎会进入胚胎孔,这对于那些仅有少量胚胎以供研究的实验来说十分有价值。
当胚胎进入胚胎孔,它会遭遇不定向的压力从而自液体抽离,导致胚胎垂直插入直立位置的圆柱状孔,彼时背腹轴平行水平线,无需任何人为操作。这个锁状结构可以脱离硬件的连接,将封入的胚胎图像传输或储存下来。陆博士说:“我们一度将满载果蝇胚胎的微流体胚胎孔阵列设备数据传送给在普林斯顿大学的同事们,此时那些胚胎仍在锁孔中保持直立状态。”接着,她的合作者,普林斯顿大学的斯坦尼斯拉夫·施瓦茨曼(Stanislav Shvartsman),化学及生物工程的副教授,使用该设备量化了胚胎中被称为成形素的信号分子的梯度,并监察了活体胚胎的细胞核分化。
陆博士解释说:“这项孔阵列设备大量增加了同时为活体胚胎成像的数量,并且能够准确地解决今天的生物学家们关注的未解问题。”不久地将来,科学家们可以凭借这种微流体设备研究其他模式的有机体的形态发生信息,这些对于了解人类的基因控制发育大有益处。
华人青年新发明揭示生命最初的秘密
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