MARC

 008260203s2023        us                              c    eng  d
■001000017366033
■00520260209102931
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798290629308
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32098749
■035    ▼a(MiAaPQ)Caltech16236
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a616
■1001  ▼aDu,  Jiajun.
■24510▼aVibrational  Imaging  for  Chemical  Biology:  From  Label-Free  to  Molecular  Probes
■260    ▼a[Sl]▼bCalifornia  Institute  of  Technology▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a258  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Wei,  Lu.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--California  Institute  of  Technology,  2023.
■520    ▼aSince  the  invention  of  stimulated  Raman  scattering  (SRS)  microscopy  in  2008,  vibrational  imaging  is  increasingly  recognized  as  a  powerful  tool  for  biological  investigation.  As  the  most  suitable  far  field  vibrational  imaging  modality  for  live  biological  studies,  SRS  microscopy  is  taking  the  lead  role  within  its  vibrational  counterparts  with  desired  sensitivity  and  image  quality.  The  totally  different  mechanism  of  generating  vibration  signals  from  fluorescence  signals  determines  the  special  features  of  vibrational  imaging.  Bond  vibration  originating  signals  provide  inherent  optical  contrast  for  every  molecule  and  the  quantitative  manner  allows  straightforward  quantification.  Since  the  inception,  SRS  microscopy  has  achieved  large  success  in  label-free  imaging.  Label-free  imaging  avoids  tedious  labeling  step  and  has  the  least  perturbation  to  the  biological  samples  but  with  limited  sensitivity  and  specificity.  The  introducing  of  labeling  starting  about  10  years  ago  opens  up  a  new  avenue  for  SRS  microscopy  to  tackle  the  fundamental  limitations  of  label-free  approaches.  Whether  to  use  label-free  or  molecular  probes  for  SRS  microscopy  depends  on  the  specific  studies.  This  thesis  aims  to  utilize  SRS  microscopy  (both  label-free  and  minimally  labeling)  for  metabolic  study  and  develop  new  molecular  probes  for  SRS  microscopy.We  start  from  comparing  different  vibrational  imaging  modality  and  fluorescence  imaging  and  conclude  that  SRS  is  the  best  vibrational  imaging  technique  for  biological  samples.  Then  we  discuss  the  features  of  label-free,  bioorthogonal  labeling  and  super-multiplexed  SRS  imaging.  The  minimally  perturbative  triple  bond  tagging  and  isotope  labeling  makes  SRS  especially  suitable  for  tracking  metabolites  and  accessing  metabolic  pathways.  Furthermore,  we  also  summarize  the  design  principles  for  functional  Raman  imaging  probe  development  based  on  their  spectroscopic  signatures.  (Chapter  Ⅰ)Non-invasively  probing  metabolites  within  single  live  cells  is  highly  desired  but  challenging.  We  explored  Raman  spectro-microscopy  towards  spatially-resolved  single  cell  metabolomics,  with  the  specific  goal  of  identifying  druggable  metabolic  susceptibilities  from  a  series  of  patient-derived  melanoma  cell  lines.  The  chemical  composition  analysis  of  single  cell  and  single  organelle  lipid  droplets  identified  the  fatty  acid  synthesis  pathway  and  lipid  mono-unsaturation  as  druggable  susceptibility.  More  importantly  we  revealed  that  inhibiting  lipid  mono-unsaturation  leads  to  cellular  apoptosis  accompanied  by  the  formation  of  phaseseparated  intracellular  membrane  domains.  (Chapter  Ⅱ)Next,  we  established  a  first-in-class  design  of  multi-color  photoactivatable  Raman  probes  for  subcellular  imaging  and  tracking.  The  fast  photochemically  generated  alkynes  from  cyclopropenones  enable  background-free  Raman  imaging  with  desired  photocontrollable  features.  After  necessary  molecule  engineering  to  improve  the  biocompatibility  and  sensitivity,  we  generated  organelle-specific  probes  for  targeting  mitochondria,  lipid  droplets,  endoplasmic  reticulum,  and  lysosomes.  Multiplexed  photoactivated  imaging  and  tracking  at  both  subcellular  and  single-cell  levels  was  also  demonstrated  to  monitor  the  dynamic  migration  and  interactions  of  the  cellular  contents.  (Chapter  Ⅲ)Further  improvement  of  the  Raman  signal  with  molecular  probes  is  a  central  topic  for  Raman  imaging.  Recently  developed  electronic  preresonance  (epr)  probes  boost  Raman  signals  and  pushed  SRS  sensitivity  close  to  that  offered  by  confocal  fluorescence  microscopy.  To  guide  the  development  of  even  stronger  Raman  probes  and  fill  the  final  gap  between  epr-SRS  probes  and  single  molecule  imaging,  the  structure-function  relationship  of  epr-SRS  probes  is  indispensable.  We  therefore  used  ab  initio  approach  employing  the  displaced  harmonic  oscillator  (DHO)  model  for  calculating  the  epr-SRS  signals,  which  proves  to  provide  a  consistent  agreement  between  simulated  and  experimental  SRS  intensities  of  various  triplebond  bearing  epr-SRS  probes.  The  theory  also  allows  us  to  illustrate  how  the  observed  intensity  differences  between  molecular  scaffolds  stem  from  the  coupling  strength  between  the  electronic  excitation  and  the  targeted  vibrational  mode.  Utilizing  the  discovered  structure-function  relationship  of  epr-SRS  probes,  we  engineered  MARS  palette  for  higher  sensitivity.  With  chemical  modification  to  improve  Raman  mode  displacement  or  enhance  transition  dipole  moment  or  adjust  detuning,  we  enhance  the  signal  of  alkynyl  pyronins  and  nitrile  pyronins,  setting  the  current  sensitivity  records  for  small  molecule  far-field  Raman  probes.  (Chapter  Ⅳ&Ⅴ).
■590    ▼aSchool  code:  0037.
■650  4▼aCancer
■650  4▼aMetastasis
■650  4▼aCarbohydrates
■650  4▼aFatty  acids
■650  4▼aFamilies  &  family  life
■650  4▼aAmino  acids
■650  4▼aBiology
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aMetabolism
■650  4▼aLipids
■650  4▼aApoptosis
■650  4▼aVibration
■650  4▼aCells
■650  4▼aMicroscopy
■650  4▼aIsotopes
■650  4▼aGlucose
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aChemical  bonds
■650  4▼aMelanoma
■650  4▼aMetabolites
■690    ▼a0791
■690    ▼a0306
■690    ▼a0537
■71020▼aCalifornia  Institute  of  Technology▼bChemistry  and  Chemical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0037
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17366033▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books