stringtranslate.com

Imágenes de bioluminiscencia

Imágenes de E. coli Nissle 1917 diseñada en el intestino de un ratón

La obtención de imágenes por bioluminiscencia (BLI) es una tecnología desarrollada durante las últimas décadas (década de 1990 en adelante). [1] [2] [3] [ ¿cuándo? ] que permite el estudio no invasivo de procesos biológicos en curso [4] [1] [5] [6] [7] Recientemente, la tomografía por bioluminiscencia (BLT) se ha vuelto posible y varios sistemas están disponibles comercialmente. En 2011, PerkinElmer adquirió una de las líneas más populares de sistemas de imágenes ópticas con bioluminiscencia de Caliper Life Sciences. [8]

Fondo

La bioluminiscencia es el proceso de emisión de luz en los organismos vivos . Las imágenes de bioluminiscencia utilizan la emisión de luz nativa de uno de varios organismos que tienen bioluminiscencia, también conocidos como enzimas luciferasa . [9] [10] [11] Las tres fuentes principales son la luciérnaga norteamericana , el pensamiento marino (y organismos marinos relacionados) y bacterias como Photorhabdus luminescens y Vibrio fischeri . El ADN que codifica la proteína luminiscente se incorpora al animal de laboratorio mediante un vector viral o mediante la creación de un animal transgénico . Los modelos de propagación del cáncer en roedores se pueden estudiar mediante imágenes de bioluminiscencia, por ejemplo, modelos de ratón de metástasis de cáncer de mama .

Los sistemas derivados de los tres grupos anteriores se diferencian en aspectos clave:

Si bien la cantidad total de luz emitida por la bioluminiscencia suele ser pequeña y no detectada por el ojo humano, una cámara CCD ultrasensible puede obtener imágenes de la bioluminiscencia desde un punto de vista externo.

Aplicaciones

Las aplicaciones comunes de BLI incluyen estudios in vivo de infección [14] (con patógenos bioluminiscentes), progresión del cáncer (usando una línea celular cancerosa bioluminiscente) y cinética de reconstitución (usando células madre bioluminiscentes ). [15]

Investigadores del UT Southwestern Medical Center han demostrado que las imágenes de bioluminiscencia se pueden utilizar para determinar la eficacia de los medicamentos contra el cáncer que interrumpen el suministro de sangre a un tumor. La técnica requiere que se agregue luciferina al torrente sanguíneo, que la transporta a las células de todo el cuerpo. Cuando la luciferina llega a las células que han sido alteradas para portar el gen de la luciérnaga, esas células emiten luz. [dieciséis]

El problema inverso del BLT de la reconstrucción 3D de la distribución de moléculas bioluminiscentes a partir de datos medidos en la superficie del animal está inherentemente mal planteado. El primer estudio en animales pequeños utilizando BLT fue realizado por investigadores de la Universidad del Sur de California , Los Ángeles , EE. UU., en 2005. A raíz de este desarrollo, muchos grupos de investigación en EE. UU. y China han construido sistemas que permiten BLT.

A las plantas de mostaza se les ha agregado el gen que hace que las colas de las luciérnagas brillen para que las plantas brillen cuando se tocan. El efecto dura una hora, pero se necesita una cámara ultrasensible para ver el brillo. [17]

Autoluminógrafo

Un autoluminógrafo es una fotografía producida colocando un objeto emisor de luz directamente sobre un trozo de película . Un ejemplo famoso es un autoluminógrafo publicado en la revista Science en 1986 [18] de una planta de tabaco transgénica brillante que porta el gen luciferasa de las luciérnagas colocada en una película Kodak Ektachrome 200.

Imágenes de bioluminiscencia metabólica inducida.

Las imágenes de bioluminiscencia metabólica inducida (imBI) se utilizan para obtener una instantánea metabólica de los tejidos biológicos. [19] Los metabolitos que pueden cuantificarse mediante imBI incluyen glucosa, lactato, piruvato, ATP, glucosa-6-fosfato o D2-hidroxigluturato. [20] imBI se puede utilizar para determinar la concentración de lactato de tumores o para medir el metabolismo del cerebro. [20] [19]

Referencias

  1. ^ ab Zambito G, Chawda C, Mezzanotte L (agosto de 2021). "Herramientas emergentes para imágenes de bioluminiscencia". Opinión actual en biología química . Genética Química y Epigenética * Imagenología Molecular. 63 : 86–94. doi : 10.1016/j.cbpa.2021.02.005 . PMID  33770744. S2CID  232377256.
  2. ^ Contag CH, Bachmann MH (1 de agosto de 2002). "Avances en imágenes de bioluminiscencia in vivo de la expresión genética". Revista Anual de Ingeniería Biomédica . 4 (1): 235–260. doi :10.1146/annurev.bioeng.4.111901.093336. PMID  12117758.
  3. ^ Mezzanotte L, van 't Root M, Karatas H, Goun EA, Löwik CW (julio de 2017). "Imágenes de bioluminiscencia molecular in vivo: nuevas herramientas y aplicaciones". Tendencias en Biotecnología . 35 (7): 640–652. doi :10.1016/j.tibtech.2017.03.012. PMID  28501458.
  4. ^ Brennan CK, Ornelas MY, Yao ZW, Prescher JA (agosto de 2021). "Imágenes de bioluminiscencia multicomponente con naftilaminoluciferinas". ChemBioChem . 22 (16): 2650–2654. doi :10.1002/cbic.202100202. PMC 8496354 . PMID  34139065. 
  5. ^ Syed AJ, Anderson JC (mayo de 2021). "Aplicaciones de la bioluminiscencia en la biotecnología y más allá". Reseñas de la sociedad química . 50 (9): 5668–5705. doi : 10.1039/D0CS01492C . PMID  33735357. S2CID  232304401.
  6. ^ Thorne N, Inglese J, Auld DS (junio de 2010). "Iluminando conocimientos sobre la luciferasa de luciérnaga y otros reporteros bioluminiscentes utilizados en biología química". Química y Biología . 17 (6): 646–657. doi :10.1016/j.chembiol.2010.05.012. PMC 2925662 . PMID  20609414. 
  7. ^ Yeh HW, Ai HW (junio de 2019). "Desarrollo y aplicaciones de biosensores y reporteros bioluminiscentes y quimioluminiscentes". Revisión anual de química analítica . 12 (1): 129-150. Código Bib : 2019ARAC...12..129Y. doi :10.1146/annurev-anchem-061318-115027. PMC 6565457 . PMID  30786216. 
  8. ^ "PerkinElmer adquirirá Caliper Life Sciences por 600 millones de dólares en efectivo". Noticias de ingeniería genética y biotecnología (GEN) . Mary Ann Liebert, Inc. 8 de septiembre de 2011 . Consultado el 10 de junio de 2016 .
  9. ^ Prescher JA, Contag CH (febrero de 2010). "Guiados por la luz: visualización de procesos biomoleculares en animales vivos con bioluminiscencia". Opinión actual en biología química . 14 (1): 80–89. doi :10.1016/j.cbpa.2009.11.001. PMID  19962933.
  10. ^ Branchini BR, Behney CE, Southworth TL, Fontaine DM, Gulick AM, Vinyard DJ, Brudvig GW (junio de 2015). "Soporte experimental para un mecanismo de oxidación por transferencia de electrones único en bioluminiscencia de luciérnagas". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 137 (24): 7592–7595. doi :10.1021/jacs.5b03820. PMID  26057379.
  11. ^ Rathbun CM, Porterfield WB, Jones KA, Sagoe MJ, Reyes MR, Hua CT, Prescher JA (diciembre de 2017). "Detección paralela para la identificación rápida de herramientas bioluminiscentes ortogonales". Ciencia Central ACS . 3 (12): 1254-1261. doi : 10.1021/acscentsci.7b00394. PMC 5746862 . PMID  29296665. 
  12. ^ Cerrar DM, Patterson SS, Ripp S, Baek SJ, Sanseverino J, Sayler GS (agosto de 2010). Pan X (ed.). "Expresión bioluminiscente autónoma del casete del gen de la luciferasa bacteriana (lux) en una línea celular de mamífero". MÁS UNO . 5 (8): e12441. Código Bib : 2010PLoSO...512441C. doi : 10.1371/journal.pone.0012441 . PMC 2929204 . PMID  20805991. 
  13. ^ Cerrar DM, Hahn RE, Patterson SS, Baek SJ, Ripp SA, Sayler GS (abril de 2011). "Comparación de luciferasa bacteriana optimizada para humanos, luciferasa de luciérnaga y proteína fluorescente verde para imágenes continuas de cultivos celulares y modelos animales". Revista de Óptica Biomédica . 16 (4): 047003–047003–10. Código Bib : 2011JBO....16d7003C. doi : 10.1117/1.3564910. PMC 3094131 . PMID  21529093. 
  14. ^ Xiong YQ, Willard J, Kadurugamuwa JL, Yu J, Francis KP, Bayer AS (enero de 2005). "Imágenes bioluminiscentes in vivo en tiempo real para evaluar la eficacia de los antibióticos en un modelo de endocarditis por Staphylococcus aureus en rata". Agentes antimicrobianos y quimioterapia . 49 (1): 380–387. doi :10.1128/AAC.49.1.380-387.2005. PMC 538900 . PMID  15616318. 
  15. ^ Di Rocco G, Gentile A, Antonini A, Truffa S, Piaggio G, Capogrossi MC, Toietta G (1 de septiembre de 2012). "Análisis de la biodistribución y el injerto en el hígado de células estromales mesenquimales genéticamente modificadas derivadas del tejido adiposo". Trasplante de células . 21 (9): 1997–2008. doi : 10.3727/096368911X637452 . PMID  22469297. S2CID  21603693.
  16. ^ Zhao D, Richer E, Antich PP, Mason RP (julio de 2008). "Efectos antivasculares del fosfato de combretastatina A4 en xenoinjerto de cáncer de mama evaluados mediante imágenes de bioluminiscencia dinámica y confirmados por resonancia magnética". Revista FASEB . 22 (7): 2445–2451. doi : 10.1096/fj.07-103713 . PMC 4426986 . PMID  18263704. 
    • "El brillo de las luciérnagas ayuda a los investigadores a realizar un seguimiento de la eficacia de los medicamentos contra el cáncer". Noticias . 29 de mayo de 2008.
  17. ^ Riley C (17 de mayo de 2000). "Las plantas brillantes revelan la sensibilidad al tacto". Noticias de la BBC .
  18. ^ Ow DW, DE Wet JR, Helinski DR, Howell SH, Wood KV, Deluca M (noviembre de 1986). "Expresión transitoria y estable del gen de la luciferasa de luciérnaga en células vegetales y plantas transgénicas". Ciencia . 234 (4778). Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia: 856–859. Código bibliográfico : 1986 Ciencia... 234..856O. doi : 10.1126/ciencia.234.4778.856. PMID  17758108. S2CID  32603977.
  19. ^ ab Walenta S, Voelxen NF, Sattler UG, Mueller-Klieser W (2014). "Localización y cuantificación de metabolitos in situ con luminometría: imágenes de bioluminiscencia metabólica inducida (ImBI)". Metabolismo energético cerebral . Neurométodos. vol. 90, págs. 195-216. doi :10.1007/978-1-4939-1059-5_9. ISBN 978-1-4939-1058-8.
  20. ^ ab Parks SK, Mueller-Klieser W, Pouysségur J (2020). "Lactato y acidez en el microambiente del cáncer". Revisión anual de la biología del cáncer . 4 : 141-158. doi : 10.1146/annurev-cancerbio-030419-033556 .

Otras lecturas