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D8 VENTURE SC-XRD疾病篇:與疾病相關(guān)的晶體

更新時間:2020-07-31點擊次數(shù):1367

  前幾日讀到一份特殊的報導(dǎo):比利時根特大學(xué)、Flanders生物技術(shù)研究所(VIB)和Argenx生物技術(shù)公司的科學(xué)家們合作,發(fā)現(xiàn)哮喘和鼻炎病人粘液中的天然CLC晶體是引起過度炎癥的根源, 解開了與哮喘、過敏性鼻炎等呼吸道炎癥有關(guān)的一個世紀(jì)謎團(tuán),并以此為基礎(chǔ),開發(fā)出一種有效逆轉(zhuǎn)疾病的潛在創(chuàng)新療法,發(fā)表在新一期的《Science》上。(來源:學(xué)術(shù)經(jīng)緯)

 

 ▲圖1:從慢性鼻-鼻竇炎伴鼻息肉的患者中取得黏液團(tuán)塊,獲取CLC進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析(圖片來源: Emma Persson et al., (2019) Proteincrystallization promotes type 2 immunity and is reversible by antibodytreatment. Science)

 

  不過讓我吃驚的是,黏液中的CLC晶體早在1853年就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),而且居然是一種天然的蛋白晶體(半乳糖凝集素-10,Gal10)。不僅如此,科學(xué)家們還用它直接做了衍射,并且解析了2.1 Å高分辨率的結(jié)構(gòu)。瞬間覺得Science就在身邊。作為一個研究蛋白晶體出身的科學(xué)民工,從來沒想到過人體里居然會有天然的蛋白晶體這么好的研究對象…

 

  于是我開始在鼻腔粘液中搜索CLC晶體 (不適者請略過),然而一無所獲,十分失望…

 

  除了這種罕見的天然蛋白晶體CLC,身體里還是存在很多其它晶體與疾病相關(guān)的。比如:痛風(fēng)患者關(guān)節(jié)中的尿酸晶體,腎結(jié)石,膽結(jié)石,動脈粥樣硬化中的膽固醇晶體等。尤其是腎結(jié)石,現(xiàn)在患病的年輕人越來越多,而我也不幸的是其中的一個。不疼的時候就是萬物和諧歲月靜好,疼起來就是讓人崩潰。

 

  腎結(jié)石也有很多種類型,根據(jù)成分的不同,可分為草酸鈣結(jié)石,磷酸鈣結(jié)石,尿酸結(jié)石,磷酸銨鎂結(jié)石,胱氨酸結(jié)石以及嘌呤結(jié)石等。不同的結(jié)石有不同的病因,相應(yīng)預(yù)防和治療的方法也有所不同。在經(jīng)歷了上次手術(shù)之后,醫(yī)生幫我取了些樣品做成分分析,然后就沒有然后了……于是只好自己開啟生活科學(xué)模式,嘗試用D8 VENTRUE快速鑒定腎結(jié)石的成分,以期能夠?qū)ΠY治療,避免復(fù)發(fā)。

 

樣品:

  一小塊腎結(jié)石

 

實驗儀器:

  D8 VENTURE Iμs 3.0 Cu/Mo 靶PHOTON II 探測器

 

方法:

1、粉末XRD物相分析鑒定:

 

  顯微鏡下的結(jié)石,是一塊粗糙的淡黃色,塊狀物體??梢钥隙ǖ氖沁@肯定不是一顆單晶。于是借助手術(shù)刀,暴力粉碎得到一塊大約0.3 mm的小塊,使用Cu靶,按照單晶衍射儀測定粉末XRD的Gandolfi-like方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。使用Phi 360 scan獲得三張不同2theta角的衍射圖,并在APEX3 的 Integrate Debye Rings中進(jìn)行合并,積分獲得粉末衍射的一維特征圖譜,輸出.raw文件。

 

  ▲圖2 D8 VENTURE 單晶衍射儀粉末XRD測試流程

 

  大約4分鐘的時間,D8 VENTURE成功地采集到了清晰的二維粉末衍射圖譜。將導(dǎo)出的.raw文件借助DIFFRACT.EVA軟件進(jìn)行物相分析,可得出該結(jié)石不是單一種晶體的純相,而是單水草酸鈣和雙水草酸鈣晶體的混合,且大部分為單水草酸鈣。

 

 

 ▲圖 3  APEX3 Debye rings 積分和Diffract.Eva物相分析。(特別鳴謝我們帥帥的王通博士)

 

2、單晶晶胞參數(shù)和結(jié)構(gòu)測試

 

  對于一個結(jié)構(gòu)控來說,僅僅是XRD物相分析是不夠的。如果在顯微鏡下把放大倍數(shù)放大,可看到在結(jié)石的邊緣有些類似片狀的單晶存在。于是繼續(xù)壓碎,并在顯微鏡下仔細(xì)挑選三個較為規(guī)則的晶體,大小約為50um * 50 um * 5 um。挑選的晶體在Mo靶上進(jìn)行測試,曝光時間1s/1° ,3min獲得高分辨率,完整度接近100%的數(shù)據(jù)。

 

 ▲圖4:雙水草酸鈣的單晶結(jié)構(gòu)

 

  三個晶體的晶胞參數(shù)均為a = b = 12.3534(6) ,c = 7.3450(4) 的四方晶體,空間群為I4/m。結(jié)構(gòu)分析表明,在雙水草酸鈣結(jié)構(gòu)框架孔隙的中央,存在額外游離,無序的水分子。因而該組分實際為CaC2O4(H2O)2.375。然而幾經(jīng)嘗試都沒有挑到單水草酸鈣的單晶,推測單水草酸鈣的結(jié)晶顆粒較小,大多為多晶的形式存在。

  不得不說,丑陋的外表下,居然有這么漂亮的結(jié)構(gòu),而且還有孔隙…

 

實驗結(jié)論:

 

  通過D8 VENTURE測試的粉末XRD,以及單晶衍射數(shù)據(jù),可以快速鑒定出該結(jié)石的主要成分,以及晶型和晶體結(jié)構(gòu)。該結(jié)石實際為常見的單水草酸鈣和雙水草酸鈣的混合晶體,且雙水草酸鈣晶體有很大部分為(H2O)2.375。從而排除了代謝性疾病造成的其它類型晶體的可能。需要多運動,多喝水,多喝白開水。

 

共勉健康小貼士:

 

  很多人認(rèn)為,腎結(jié)石是由于攝入含草酸的蔬菜過多,例如菠菜。實際上,草酸是人體的正常代謝物質(zhì),部分氨基酸和維生素C等物質(zhì)在體內(nèi)代謝之后都可能轉(zhuǎn)變?yōu)椴菟?。因而吃肉過多,糖過多才是很多結(jié)石的主因。所以:

  1、多喝水,少喝甜飲料

  2、動物蛋白質(zhì)不要過量,肉類攝入量平均每天不超過一兩半為好。  

  3、多運動 

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