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D8 VENTURE SC-XRD疾病篇:与疾病相关的晶体

浏览次数:50发布日期:2020-07-31

  前几日读到一份特殊的报导:比利时根特大学、Flanders生物技术研究所(VIB)和Argenx生物技术公司的科学家们合作,发现哮喘和鼻炎病人粘液中的天然CLC晶体是引起过度炎症的根源, 解开了与哮喘、过敏性鼻炎等呼吸道炎症有关的一个世纪谜团,并以此为基础,开发出一种有效逆转疾病的潜在创新疗法,发表在新一期的《Science》上。(来源:学术经纬)

 

 ▲图1:从慢性鼻-鼻窦炎伴鼻息肉的患者中取得黏液团块,获取CLC进行晶体结构分析(图片来源: Emma Persson et al., (2019) Proteincrystallization promotes type 2 immunity and is reversible by antibodytreatment. Science)

 

  不过让我吃惊的是,黏液中的CLC晶体早在1853年就已经被发现,而且居然是一种天然的蛋白晶体(半乳糖凝集素-10,Gal10)。不仅如此,科学家们还用它直接做了衍射,并且解析了2.1 Å高分辨率的结构。瞬间觉得Science就在身边。作为一个研究蛋白晶体出身的科学民工,从来没想到过人体里居然会有天然的蛋白晶体这么好的研究对象…

 

  于是我开始在鼻腔粘液中搜索CLC晶体 (不适者请略过),然而一无所获,十分失望…

 

  除了这种罕见的天然蛋白晶体CLC,身体里还是存在很多其它晶体与疾病相关的。比如:痛风患者关节中的尿酸晶体,肾结石,胆结石,动脉粥样硬化中的胆固醇晶体等。尤其是肾结石,现在患病的年轻人越来越多,而我也不幸的是其中的一个。不疼的时候就是万物和谐岁月静好,疼起来就是让人崩溃。

 

  肾结石也有很多种类型,根据成分的不同,可分为草酸钙结石,磷酸钙结石,尿酸结石,磷酸铵镁结石,胱氨酸结石以及嘌呤结石等。不同的结石有不同的病因,相应预防和治疗的方法也有所不同。在经历了上次手术之后,医生帮我取了些样品做成分分析,然后就没有然后了……于是只好自己开启生活科学模式,尝试用D8 VENTRUE快速鉴定肾结石的成分,以期能够对症治疗,避免复发。

 

样品:

  一小块肾结石

 

实验仪器:

  D8 VENTURE Iμs 3.0 Cu/Mo 靶PHOTON II 探测器

 

方法:

1、粉末XRD物相分析鉴定:

 

  显微镜下的结石,是一块粗糙的淡黄色,块状物体。可以肯定的是这肯定不是一颗单晶。于是借助手术刀,暴力粉碎得到一块大约0.3 mm的小块,使用Cu靶,按照单晶衍射仪测定粉末XRD的Gandolfi-like方法来进行数据采集。使用Phi 360 scan获得三张不同2theta角的衍射图,并在APEX3 的 Integrate Debye Rings中进行合并,积分获得粉末衍射的一维特征图谱,输出.raw文件。

 

  ▲图2 D8 VENTURE 单晶衍射仪粉末XRD测试流程

 

  大约4分钟的时间,D8 VENTURE成功地采集到了清晰的二维粉末衍射图谱。将导出的.raw文件借助DIFFRACT.EVA软件进行物相分析,可得出该结石不是单一种晶体的纯相,而是单水草酸钙和双水草酸钙晶体的混合,且大部分为单水草酸钙。

 

 

 ▲图 3  APEX3 Debye rings 积分和Diffract.Eva物相分析。(特别鸣谢我们帅帅的王通博士)

 

2、单晶晶胞参数和结构测试

 

  对于一个结构控来说,仅仅是XRD物相分析绝对是不够的。如果在显微镜下把放大倍数放大,可看到在结石的边缘有些类似片状的单晶存在。于是继续压碎,并在显微镜下仔细挑选三个较为规则的晶体,大小约为50um * 50 um * 5 um。挑选的晶体在Mo靶上进行测试,曝光时间1s/1° ,3min获得高分辨率,完整度接近100%的数据。

 

 ▲图4:双水草酸钙的单晶结构

 

  三个晶体的晶胞参数均为a = b = 12.3534(6) ,c = 7.3450(4) 的四方晶体,空间群为I4/m。结构分析表明,在双水草酸钙结构框架孔隙的中央,存在额外游离,无序的水分子。因而该组分实际为CaC2O4(H2O)2.375。然而几经尝试都没有挑到单水草酸钙的单晶,推测单水草酸钙的结晶颗粒较小,大多为多晶的形式存在。

  不得不说,丑陋的外表下,居然有这么漂亮的结构,而且还有孔隙…

 

实验结论:

 

  通过D8 VENTURE测试的粉末XRD,以及单晶衍射数据,可以快速鉴定出该结石的主要成分,以及晶型和晶体结构。该结石实际为常见的单水草酸钙和双水草酸钙的混合晶体,且双水草酸钙晶体有很大部分为(H2O)2.375。从而排除了代谢性疾病造成的其它类型晶体的可能。需要多运动,多喝水,多喝白开水。

 

共勉健康小贴士:

 

  很多人认为,肾结石是由于摄入含草酸的蔬菜过多,例如菠菜。实际上,草酸是人体的正常代谢物质,部分氨基酸和维生素C等物质在体内代谢之后都可能转变为草酸。因而吃肉过多,糖过多才是很多结石的主因。所以:

  1、多喝水,少喝甜饮料

  2、动物蛋白质不要过量,肉类摄入量平均每天不超过一两半为好。  

  3、多运动 

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