D8 VENTURE SC-XRD疾病篇：與疾病相關的晶體

  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，開發出一種有效逆轉疾病的潛在創新療法，發表在新一期的《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。

 

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。于是繼續壓碎，并在顯微鏡下仔細挑選三個較為規則的晶體，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為草酸。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