細胞凋亡研究

前言:

細胞凋亡是細胞程序性死亡中最具特征性的一種。它在生物發展，體內平衡，甚至在不同的疾病，例如：癌癥，的發病機制都扮演著重要的角色。在過去的幾十年里，科學家們對細胞凋亡進行了廣泛的研究。

細胞凋亡的過程中，細胞會有不同的形態變化。同時，細胞膜(plasma membrane)，線粒體(mitochondria)，細胞質(cytoplasm)和細胞核(nucleus)都有不同的變化。研究者通過檢測這些變化來研究細胞凋亡。

現在市場上有很多檢測細胞凋亡的試劑和儀器，它們各有優勢，而又可互補不足。伯齊科技在這個領域也有著非常全面的解決方案。以下我們將逐一介紹：

(一)檢測細胞膜的變化:

在細胞凋亡前期，細胞膜上的脂質磷脂酰絲氨酸(lipid phosphatidylserine, PS)會由膜內轉移到膜外。因膜聯蛋白V可與PS緊密結合，故可用帶有熒光染料的膜聯蛋白V試劑來檢測胞膜外的PS。配合流式細胞儀或熒光顯微鏡就可以很快檢測到細胞凋亡的特征。
伯齊科技提供高效的英國Apogee流式細胞儀，并配合美國Biotium的細胞凋亡系列的熒光試劑就可進行簡單快速的檢驗。

(二) 線粒體的變化:

在早期的細胞凋亡期，線粒體會出現功能障礙，膜電位(membrane potential)會失效，最終導致線粒體外膜破裂，并釋放出膜內的蛋白(如：cytochrome c, Bcl-2 family members, etc.)到細胞質中。檢測這種變化有兩種方法：1.)用線粒體膜電位染料(mitochondrial membrane potential dyes)檢測, (e.g. Biotium JC-1 dye)。利用染料熒光的顏色變化來顯示膜電位是否改變。2.)利用抗體檢測細胞質中的線粒體蛋白，如：cytochrome c。這些方法可用流式細胞儀或熒光顯微鏡來觀察。伯齊科技代理的意大利著名顯微鏡品牌Optika最新B-1000熒光顯微鏡，配合美國Biotium的JC-1染料，即可為科學家們提供完善的解決方案。

由于細胞凋亡導致線粒體受損，并出現功能障礙。最終令線粒體無法運作，使胞內的氧和二氧化碳水平有明顯的變化。最近一種新的方法就是通過測定細胞內外的秏氧量和胞外產酸率(來自呼吸作用的乳酸和二氧化碳)程度來檢測線粒體的功能障礙。這種新技術可使用酶標儀配合特別的試劑進行檢測。該試劑來自愛爾蘭Luxcel公司的MitroXpress和pHXtra試劑盒。它們的ZL染料結合酶標儀的時間分辨熒光檢測技術，可以輕易量度胞內和胞外秏氧和產酸率的變化。這種技術 近年開始引入線粒體研究，并在藥物研究方面甚為普及。很多大型藥廠會使用該技術來研究藥物對細胞的毒性。在眾多的酶標儀中，Luxcel廠家比較推薦德國的BMG Labtech的儀器。并在其儀器上對試劑進行了優化和配置了相應的應用軟件。而伯齊科技榮獲Luxcel和BMG Labtech的獨家代理，為這方面的科研提供了一站式解決平臺。

(三)細胞質的變化

在細胞質中有很多不同的蛋白酶，當細胞凋亡發生時，有些蛋白酶(如: caspase9蛋白酶)就會被切割，激活，并且變成二聚體(dimer)。這些二聚體再去激活其他下游的蛋白酶(如: caspase3蛋白酶)或其他的切割酶。最終這些切割酶會把細胞核內的雙鏈脫氧核糖核酸切斷。目前檢測這種變化大致上有兩種方法：1.)用蛋白酶試劑(caspase assay)來檢測涉及細胞凋亡的蛋白酶的活性。市場上有很多這種試劑，通常是用帶有熒光染料的底物和抑制劑來探測和確定蛋白酶的活性。當試劑中的底物被蛋白酶切割后，會釋出熒光染料，透過檢測熒光的強度來顯示蛋白酶的存在和活性。

這兩種方法都可以用酶標儀或熒光顯微鏡去檢測。用蛋白酶檢測試劑配合酶標儀的優點是可以進行高通量的測試和分析。近年來的細胞和藥物研究很多時候都要用高通量篩選的方法來進行，因為高通量的篩選可以更快速地找到對細胞有影響的關鍵性化合物，大大提高藥物研究的效率和加速其發展。然而，面對著愈來愈多的高通量需求，各研究單位亦開始考慮到實驗重復性，一致性和人力成本方面的要求會愈來愈高。為了解決這方面的需求，一些自動化的移液系統便會大派用場。伯齊科技充分了解客戶的需要，并于今年引入代理美國的Apricot Designs的自動化移液系統i-Pipette系列。該系統的特點是非常容易操作，用途廣泛多變并且價格相宜，非常好地滿足了高通量篩選中大量移液操作的需求。利用Apricot Designs i-Pipette，BMG Labtech的酶標儀再加上Biotium的蛋白酶高通量檢測試劑就可以很迅速地進行藥物對細胞凋亡的測試。

（四）細胞核的變化

在細胞凋亡的中后期，蛋白酶會激活核酸內的切酶，并把細胞核內的雙鏈DNA切斷。TUNEL測試是檢測這種細胞凋亡特征的常用方法。該方法是在培養細胞時加入有生物素(Biotin)標記的核苷酸(Nucleotides) 到培養液中，這些核苷酸會進入細胞內的細胞核。當細胞凋亡發生時，雙鏈DNA被切斷產生缺口，生物素標記的核苷酸會被補在這些缺口。之后再利用帶有酶或熒光染料的抗體去檢測生物素標記核苷酸的存在，如果有訊號就表示細胞凋亡已經發生了(見右圖)。這種檢測一般可用流式細胞儀或熒光顯微鏡做檢測。