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D8 VENTURE SC-XRD疾病篇:與疾病相關的晶體

更新時間:2020-07-31點擊次數:1589

  前幾日讀到一份特殊的報導:比利時根特大學、Flanders生物技術研究所(VIB)和Argenx生物技術公司的科學家們合作,發(fā)現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的一個世紀謎團,并以此為基礎,開發(fā)出一種有效逆轉疾病的潛在創(chuàng)新療法,發(fā)表在新一期的《Science》上。(來源:學術經緯)

 

 ▲圖1:從慢性鼻-鼻竇炎伴鼻息肉的患者中取得黏液團塊,獲取CLC進行晶體結構分析(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年就已經被發(fā)現,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高分辨率的結構。瞬間覺得Science就在身邊。作為一個研究蛋白晶體出身的科學民工,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的。比如:痛風患者關節(jié)中的尿酸晶體,腎結石,膽結石,動脈粥樣硬化中的膽固醇晶體等。尤其是腎結石,現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。

 

  腎結石也有很多種類型,根據成分的不同,可分為草酸鈣結石,磷酸鈣結石,尿酸結石,磷酸銨鎂結石,胱氨酸結石以及嘌呤結石等。不同的結石有不同的病因,相應預防和治療的方法也有所不同。在經歷了上次手術之后,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模式,嘗試用D8 VENTRUE快速鑒定腎結石的成分,以期能夠對癥治療,避免復發(fā)。

 

樣品:

  一小塊腎結石

 

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方法來進行數據采集。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。將導出的.raw文件借助DIFFRACT.EVA軟件進行物相分析,可得出該結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、單晶晶胞參數和結構測試

 

  對于一個結構控來說,僅僅是XRD物相分析是不夠的。如果在顯微鏡下把放大倍數放大,可看到在結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靶上進行測試,曝光時間1s/1° ,3min獲得高分辨率,完整度接近100%的數據。

 

 ▲圖4:雙水草酸鈣的單晶結構

 

  三個晶體的晶胞參數均為a = b = 12.3534(6) ,c = 7.3450(4) 的四方晶體,空間群為I4/m。結構分析表明,在雙水草酸鈣結構框架孔隙的中央,存在額外游離,無序的水分子。因而該組分實際為CaC2O4(H2O)2.375。然而幾經嘗試都沒有挑到單水草酸鈣的單晶,推測單水草酸鈣的結晶顆粒較小,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構,而且還有孔隙…

 

實驗結論:

 

  通過D8 VENTURE測試的粉末XRD,以及單晶衍射數據,可以快速鑒定出該結石的主要成分,以及晶型和晶體結構。該結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:

 

  很多人認為,腎結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,部分氨基酸和維生素C等物質在體內代謝之后都可能轉變?yōu)椴菟?。因而吃肉過多,糖過多才是很多結石的主因。所以:

  1、多喝水,少喝甜飲料

  2、動物蛋白質不要過量,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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