腫瘤細(xì)胞dna樣品基于二次諧波發(fā)生的非線性光譜學(xué)成像

1、基金項目：國家自然基金專項項目科學(xué)部主任基金項目（30940020）作者簡介：羅冬梅，1986年生，華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院碩士研究生。（電話）13560232273；（電子郵箱）luodongmei1128@通訊作者：金鷹，1967年生，華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院副教授。（電話）13610047142；（電子郵箱）jinying@scnu.腫瘤細(xì)胞腫瘤細(xì)胞DNA樣品基于二次諧波發(fā)生（樣品基于二次諧波發(fā)生（SHG）的非線性光譜學(xué)成

2、像的非線性光譜學(xué)成像羅冬梅1，鄧小元1，卓雙木2，譚淑雯1，莊正飛1，金鷹1（1.華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院，廣州510631；2.福建師范大學(xué)醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，福州350007）摘要：要：二次諧波的產(chǎn)生是一個二階非線性光學(xué)過程，這個過程只發(fā)生在中心對稱系數(shù)不為零的非中心對稱區(qū)域。利用二次諧波顯微技術(shù)可以對各種具有內(nèi)源性信號的生物組織進行無損傷實時成像，如結(jié)締組織的膠原纖維或肌細(xì)胞的肌動球蛋白。在生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)中，雖

3、然DNA是由脫氧核糖核苷酸構(gòu)成而蛋白質(zhì)是由氨基酸殘基組成，但是DNA和蛋白質(zhì)大分子高級結(jié)構(gòu)的形成機制是相似的。本文利用光譜學(xué)成像技術(shù)對不同DNA樣品進行檢測，來獲取DNA樣品的SHG信號并進行高解析度成像。這些DNA樣品包括基因組DNA溶液、細(xì)胞核提取物以及培養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞核。實驗結(jié)果表明在常規(guī)條件下可以獲得基因組DNA溶液和細(xì)胞核提取物的SHG信號，但幾乎觀測不到來自培養(yǎng)細(xì)胞核區(qū)的SHG信號。通過在培養(yǎng)基中添加少量無水乙醇（體積比小于5

4、%），可以在培養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞核區(qū)域檢測到SHG信號。我們推測在培養(yǎng)細(xì)胞中乙醇和DNA相互作用引起DNA分子構(gòu)象發(fā)生變化，這些變化可能導(dǎo)致了DNA分子非線性光學(xué)性質(zhì)的改變。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：二次諧波發(fā)生；基因組DNA；細(xì)胞核提取物；培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞；乙醇中圖分類號：中圖分類號：O433Q523文獻標(biāo)識碼：文獻標(biāo)識碼：ANonlinearspectralimagingofDNAspecimensderivedfromtumcellsbasedons

5、econdharmonicgenerationLuoDongMei1DengXiaoYuan1ZhuoShuangMu2TanShuwen1ZhuangZhengFei1JinYing1(1.CollegeofBiophotonicsofSouthChinaNmalUniversityGuangzhou510631China2.KeyLabatyofOptoelectronicScienceTechnologyfMedicineofFu

6、jianNmalUniversityFuzhou350007China)Abstract:Secondharmonicgeneration(SHG)isaseconddernonlinearopticalprocessthathassymmetryconstraintsconfiningsignaltoregionslackingacenterofsymmetry.UsingSHGmicroscopyavarietyoftissuest

7、ructureshavenoninvasivelybeenimagedbyvirtueofintrinsicsignalgeneratedbystructuredproteinssuchascollagenfibrilsinconnectivetissuestheactomyosinlatticeofmusclecells.InbiochemistrystructurebiologythehighlevelstructuresofDNA

8、proteinmacromoleculesaresimilarinconstructingmechanismalthoughDNAsconsistofdeoxynucleotidesproteinsofaminoacidresidues.TheprincipalpurposeofpresentwkistodetecttheSHGsignalfromdifferentDNAsamplesbyspectralimagingtechnolog

9、ybasedontwophotonexcitedfluescence(TPEF)SHG.TheseDNAsamplesincludethesolutionofgenomicDNAextractednucleiculturedlivingcells.ResultsshowthatwecanobtaintheSHGsignalfromsolutionofgenomicDNAextractednucleiinroutineconditionb

10、utnothingfromculturedcellnuclei.Afteraddingalittleofabsoluteethanol(lessthan5%byvolume)inculturemediumtheSHGsignalisdetectableintheinterestregionDNA、細(xì)胞核提取物和培養(yǎng)狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞進行光譜學(xué)成像，在此基礎(chǔ)上討論乙醇對DNA構(gòu)象可能存在的潛在影響。1材料與方法材料與方法1.1實驗裝置實驗裝置

11、實驗裝置使用多光子激光掃描共聚焦顯微成像系統(tǒng)（Fig.1）。該系統(tǒng)由飛秒激光系統(tǒng)、掃描顯微系統(tǒng)、探測系統(tǒng)三部分組成。飛秒激光系統(tǒng)由高能量的二極泵源固體激光器(VerdiV10)作為激發(fā)光源、美國Coherent公司生產(chǎn)鎖模鈦寶石(Ti：SapphireLaser，Mira900F)作為激光工作物質(zhì)和聲光調(diào)制器(AOM)三部分組成。聲光調(diào)制器（AOM）用來調(diào)節(jié)激光的功率，激光的偏振方向為水平偏振，光纖耦合。波長可調(diào)協(xié)范圍為700nm～98

12、0nm，脈沖寬度約為110fs，重復(fù)頻率76MHz。掃描顯微系統(tǒng)是由德國Zeiss公司生產(chǎn)的LSM510Axiovert200倒置激光掃描共聚焦顯微鏡，實驗所用探測系統(tǒng)配置的是META探測器。圖1多通道非線性光學(xué)實驗裝置原理圖Figure1Schematicofmultimodenonlinearopticalimagingsystem鈦寶石飛秒激光器發(fā)出的超短脈沖激光通過聲光調(diào)制器（AOM）后到達雙光子激光掃描顯微鏡作為激發(fā)光，經(jīng)過主