徠卡共聚焦助力類器官模型開展病毒治療研究

張覺超

《Cell》雜志發(fā)表
每一臺徠卡設(shè)備都有它*的定位，我們要做的就是保證其經(jīng)得起時間的考驗，發(fā)揮它們應(yīng)有的價值。今天，給大家?guī)淼氖菑瓶蛻粲霉簿劢巩a(chǎn)品SP5在《Cell》雜志上發(fā)表的題為“Inhibition of SARS-CoV-2 Infections in Engineered Human Tissues Using Clinical-Grade Soluble Human ACE2”的研究論文^[1]。關(guān)注研究熱點(diǎn)的同時給大家介紹一下徠卡顯微鏡對研究體系建立的助益。

進(jìn)入2020年，科研人員們火力全開，為盡早開發(fā)出“解藥”而爭分奪秒。另一方面，主流期刊不吝篇幅地報導(dǎo)科研工作者們的研究進(jìn)展。學(xué)術(shù)期刊《Cell》于4月24日刊發(fā)了一篇由三個科研團(tuán)隊（瑞典卡羅琳斯卡學(xué)院、西班牙巴塞羅那理工學(xué)院和奧地利科學(xué)院）的科學(xué)家們聯(lián)合發(fā)表的研究論文，研究指出，hrsACE2（重組可溶性人源血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2）能有效抑制病毒對宿主細(xì)胞的感染（圖1）。值得注意的是，該研究使用的hrsACE2蛋白作為一種治療急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）的藥物，已經(jīng)通過了I期和II期的臨床試驗^[2,3]，后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化指日可待。

圖1 論文圖文摘要^[1]

介紹研究結(jié)果之前，讓我們先了解一下這篇論文使用的研究體系，作者是在一種工程化組織——類器官（Organoid）中開展的研究。類器官是由多能干細(xì)胞或特定器官來源的祖細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下分化形成的器官樣組織[4]。目前，科研工作者已成功實現(xiàn)對腸道、肝臟、腎臟、大腦等許多組織的類器官培養(yǎng)，并將其運(yùn)用到疾病模型建立、藥物篩選、藥物安全性評價等相關(guān)研究中（圖2）?？梢哉f，類器官算是在學(xué)術(shù)界“小有名氣”的研究體系了，其相關(guān)研究的文章不乏大牛之作。2017年，類器官體系還被《Nature Method》雜志評選為2017年度技術(shù)[5]。我們今天關(guān)注的研究中就利用了人源血管類器官和腎臟類器官(圖1)。

圖2 類器官制備和應(yīng)用前景簡圖^[4]

 
知識點(diǎn)：類器官的*特性^[4] 
(1) 必須包含原器官特異性的細(xì)胞；
(2) 必須表現(xiàn)出原器官一些*的功能；
(3) 必須形成與原器官相似的結(jié)構(gòu)。
 
言歸正傳，我們看看今天這篇《Cell》論文是如何“養(yǎng)成”的。由于病毒與2003年SARS病毒存在一定的相似性，科學(xué)家們很快找到病毒在宿主細(xì)胞表面的關(guān)鍵受體ACE2（與SARS病毒受體相同）。作為“ACE2是SARS病毒刺突蛋白（Spike protein）受體”的發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊，本文的作者們長期關(guān)注ACE2蛋白的功能以及相關(guān)藥物的研究動向，想到了用臨床級hrsACE2阻斷病毒表面刺突與宿主ACE2蛋白結(jié)合從而抑制其感染能力（圖1）。研究思路清晰后，實驗在團(tuán)隊協(xié)作下快速推進(jìn)，在分離和鑒定病毒后，作者先通過實驗確定hrsACE2能特異性的抑制病毒對細(xì)胞株的感染（圖3）。

圖3 hrsACE2抑制病毒的細(xì)胞感染能力^[1]

在鼠源重組可溶性ACE2（mrsACE2）處理組為陰性結(jié)果的襯托下，細(xì)胞實驗完美收官，結(jié)果喜人。為了進(jìn)一步驗證hrsACE2在組織內(nèi)的作用，作者選用了類器官研究體系檢測了hrsACE2蛋白對病毒二次感染能力的影響。血管類器官（圖4）和腎臟類器官（圖5）中的結(jié)果顯示hrsACE2能有效抑制病毒對類器官的感染。其中，精美清晰的類器官標(biāo)志分子共聚焦檢測圖片和紅線高亮的統(tǒng)計學(xué)差異也足以打動《Cell》的主編和審稿人。
 

圖4 hrsACE2抑制病毒感染血管類器官^[1]

圖5 hrsACE2抑制病毒感染腎臟類器官^[1]

 
恭喜客戶的研究論文行云流水般刊稿。不得不提，這篇文章從2月分離得到毒株到4月文章《Cell》見刊，筆者對研究組的工作效率真是佩服到“orz”。
 
感嘆該研究團(tuán)隊飛一般工作效率之余，讓我們關(guān)注一下作者使用的共聚焦產(chǎn)品——徠卡SP5，真可謂老驥伏櫪，志在千里！SP5的上市時間可以追溯到2005年，時至今日，我們正在經(jīng)歷SP8（2012年上市）的時代，即將迎來徠卡共聚焦新品STELLARIS的時代（敬請密切關(guān)注徠卡近期產(chǎn)品發(fā)布信息）。然而，每一年在高水平期刊發(fā)表的大作中，仍能看到SP5共聚焦“助攻”研究的佳作。足以看出徠卡產(chǎn)品的穩(wěn)定性受到研究體系的青睞。

圖6 徠卡共聚焦光譜成像研發(fā)歷史

 
徠卡在共聚焦領(lǐng)域的研發(fā)生產(chǎn)，歷史悠久，各種創(chuàng)新設(shè)計不勝枚舉（圖6）。早在1998年，徠卡革命性地使用了棱鏡分光來替代濾片分光，帶領(lǐng)共聚焦成像跨入了光譜時代；2002將萬能的聲光可調(diào)分光器AOBS引入共聚焦，取代傳統(tǒng)的二向色鏡；2008年又再次開創(chuàng)性地將白激光引入共聚焦領(lǐng)域。白激光、AOBS及棱鏡分光三者的完美結(jié)合，使得共聚焦成像在光譜維度上同時實現(xiàn)了激發(fā)、分光以及發(fā)射三方面的*自由。2018推出的DIVE多光子系統(tǒng)，通過創(chuàng)新的4Tune設(shè)計，*實現(xiàn)多光子NDD外置檢測器的光譜自由，再一次帶領(lǐng)多光子成像進(jìn)入了光譜時代。
 
徠卡創(chuàng)新的腳步從未停止，那么徠卡共聚焦人下一個攻克的 “成像自由”會是哪個維度？徠卡又會帶領(lǐng)共聚焦成像進(jìn)入一個什么時代呢？敬請期待！
 
 
神秘共聚焦新品：STELLARIS

圖7 徠卡共聚焦新品STELLARIS

 
參考資料：
[1] Vanessa M, Hyesoo K, Patricia P, et al. Inhibition of SARS-CoV-2 infections in engineered human tissues using clinical-grade soluble human ACE2. Cell, 2020, 181: 1–9
[2] Haschke M, Schuster M, Marko P, et al. Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Recombinant Human Angiotensin-Converting Enzyme 2 in Healthy Human Subjects. Clinical Pharmacokinetics, 2013, 52(9):783-792.
[3] Khan A, Benthin C, Zeno B, et al. A pilot clinical trial of recombinant human angiotensin-converting enzyme 2 in acute respiratory distress syndrome. Critical Care, 2017, 21(1):234.
[4] Lancaster MA, Knoblich JA. Organogenesis in a dish: Modeling development and disease using organoid technologies. Science, 2014, 345(6194):283-283.
[5] Method of the Year 2017: Organoids. Nature Methods, 2018, 15(1):1-1.