在亚细胞层面推进我们的观点
在科学研究领域，细节很重要。过程和结构的细节被详细解释，数据点被报告到最精确的小数点和眼见为实。
现在，辛辛那提大学的癌症生物学家开发了一项新技术和一种新的成像技术，将帮助研究人员收集更详细的数据点并进行观察细胞在研究癌症和神经退行性疾病的发展过程中更精确的细节。
加州大学医学院癌症生物学系副教授刁家杰博士最近在该杂志上发表了一篇详细介绍这一进展的文章先进的医疗保健材料．
新的调查
刁的一些研究集中在细胞内的一个微小部分，叫做细胞溶酶体它与细胞过程有关。溶酶体是一种“细胞器”，或一种在细胞内执行各种工作的特殊结构。器官，如心脏、肝脏、胃和肾脏，具有维持有机体存活的特定功能，同样，细胞器也具有维持细胞存活的特定功能。刁的研究集中在溶酶体上，溶酶体作为细胞内的“回收中心”，帮助细胞重复利用损坏或故障的积木，以达到不同的目的。
为了完成它的工作，溶酶体需要在酸性环境中，通常pH值很低。然而，溶酶体中的pH值异常与细胞功能异常有关，这可能导致癌症和阿尔茨海默病等疾病。
为了研究pH值是如何改变和影响溶酶体和细胞的，Diao和他的团队与Dojindo实验室和加州大学化学系副教授Yujie Sun博士合作，开发了一种新的探针它附着在溶酶体上，是专门为研究人员提供更多细节而设计的。Diao说，由此产生的“EC绿色”探针是下一代溶酶体探针，在当前行业标准的基础上进行了一些改进。
顾名思义，这种探针是绿色的，当细胞环境变得酸性更强时，它的绿色就会变得更亮。这为研究人员提供了比目前的探针更多的信息，目前的探针不会改变颜色，并可以帮助确定酸度变化和细胞癌变之间的相关性。
Diao说，这种独特的探针能够对溶酶体动力学进行多维度分析，包括随时间变化的空间、结构和pH值信息。
许多目前可用的探针附着在溶酶体内，Diao说这就像在水球里放一根绳子。如果溶酶体破裂，探针就会被冲走并与溶酶体分离，使其不再用于追踪目的。
相反，EC Green探针被固定在溶酶体膜上。即使溶酶体破裂，它也会像一根绳子一样固定在爆裂的气球外面。
“所以它会非常稳定。你可以把它放在那里好几天，”刁说。“常用的商业探测器将消失，但我们的探测器将永远存在，因为它们有外层膜的保护。”
该探测器还特别设计，可以发射大量光子，以便在高激光强度下承受超分辨率成像。
“当你使用高强度时，大多数探头的照片会被漂白。当你过度刺激一个东西时，它就会死掉。”刁说。
虽然它提供了许多优点，刁说，最重要的方面是它是有用的。
刁说，EC Green相对便宜，而且对研究人员来说使用起来非常快速和容易。用探针染色细胞约20-30分钟后，可将样品洗净，置于显微镜下观察。
“它如此简单，使用起来没有人会有问题，”他说。“这是我们开发新探测器时的另一个概念。我们并不想让所有内容都变得如此困难;我们想要的是让一切变得更简单。”
刁和孙已经在努力合作开发下一代EC Green，它将通过在不同酸度下由绿色变为红色，提供更多有关pH值水平的细节。他们希望能在2022年底前获得一项专利，并发表另一篇关于这种新探测器的文章。
绘制细胞景观图
除了EC Green探针，Diao和Sun还开发了一种新的成像技术，使研究人员能够精确测量细胞内每个细胞器的距离、形状和位置。这有助于提供更多关于细胞器之间的相互作用以及这些相互作用如何导致疾病发展的信息。
该技术建立在超分辨率显微镜的基础上，并使用超分辨率显微镜在亚细胞水平上提供更清晰的粒子图像。
“所以我们测量了像溶酶体这样的细胞器和线粒体之间的相对距离，”刁说。“我们发现，只要使用我们的超分辨率在细胞内进行简单的测量和测绘，我们就可以实现并发现细胞内许多未知的变化。”
在文章中描述的新测量技术的首次使用中，研究人员发现线粒体，细胞中负责能量生产和呼吸的细胞器，在发展成退行性疾病时变大。
溶酶体还发现，当线粒体受损时，溶酶体倾向于靠近线粒体。迪奥说，进一步的研究可以帮助确定细胞器的大小和相互之间的位置如何导致疾病。
利用人工智能提高能力
现在，测量成像技术已经开发出来，刁说，该团队正开始与计算机科学家合作，利用人工智能的力量来增加它的使用。
刁说:“现在，很多测量都是通过人工和简单的算法完成的，所以我们仍然需要人力。”“我们正在开发人工智能、机器和智能，试图用机器来做所有事情。”
刁说，未来的希望是，算法可以用健康和病变细胞的各种图像进行训练，这样软件就可以分析细胞图像，然后预测它是否会癌变。
该技术与人工智能结合还可以用于研究药物治疗疾病的有效性，例如，看看是否有特定的细胞器导致患者对某种药物产生耐药性。
他说:“这将给我们一个更高层次的能力。”“目前，大多数人都在研究组织水平或更高的水平，但我们可以深入到亚细胞水平。”
由于从加州大学医学院和癌症生物学系购买了一台新的显微镜，辛辛那提大学或辛辛那提儿童医院医疗中心的任何研究人员现在都可以在未来的研究中利用刁的实验室的创新。
“这就是我们实际上正在尝试的，让更多的人使用最先进的探测器和最先进的成像技术来进行他们的研究，”刁说。
进一步探索
