Donald C. Chang - Donald C. Chang

Donald C. Chang
obsazeníprofesor
Známý jakospin-echo NMR, elektroporace a elektrofúze
Akademické pozadí
Alma materRice University, Národní tchajwanská univerzita
Doktorský poradceHarold E. Rorschach Jr.
Akademická práce
InstituceRice University, Marine Biological Laboratory, Hong Kong University of Science & Technology

Donald Choy Chang (tradiční čínština : 張東 才; zjednodušená čínština : 张东 才; 1942) je zakládajícím profesorem Hongkongská univerzita vědy a technologie (HKUST). Byl také zakladatelem Prezident z Biofyzikální společnost v Hongkongu.[1] V současné době je emeritním profesorem a mimořádným profesorem na HKUST a Člen Rady z Hong Kong Institute of Science (HKIS).[2] Chang má široký výzkumný zájem: Byl cvičným experimentálním fyzikem; ale jeho publikace sahá od nukleární magnetické rezonance,[3][4] biofyzika[5][6] a kvantová fyzika.[7][8]

Detekce rakoviny pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR)

Chang je časným průkopníkem ve studiu fyzikálních vlastností vody v buňkách pomocí spin-echo nukleární magnetická rezonance (NMR) techniky. Když Donald Chang pracoval na katedře fyziky v Rice University, postavil domácí NMR spektrometr měřit relaxační časy (T1 a T2) vody v normálních buňkách / tkáních, rakovinných buňkách a jednoduše ve vzorcích volné vody.

Jeho hlavním spolupracovníkem v té době byl fyziolog C.F. Hazlewood v Baylor College of Medicine. Mnoho publikací souvisejících s touto prací bylo vydáno s Hazlewoodem. Chang a jeho tým podali první zprávu, že doba relaxace buněčné vody (v tomto případě buněk srdečního svalu) je mnohem kratší než doba relaxace volné vody v roce 1971.[9] Jejich experimenty také naznačují, že takové zkrácení relaxačních časů v buněčné vodě není způsobeno omezením difúze, jak se tehdy věřilo.[3]

V roce 1972 použili stejnou techniku ​​k testování relaxačních časů pro normální buňky a rakovinné buňky. Zjistili, že u buněk prsní tkáně, které se vyvíjejí z normálních buněk do předtumorových buněk (před neoplastických) a nakonec do nádorových buněk, se jejich doby relaxace vodou postupně zvyšovaly.[4][10] Toto zjištění znamená, že je možné použít NMR k detekci prekancerózních buněk a rakovinných buněk. V roce 1973 Paul Lauterbur publikoval článek v Nature (1973) [11] což naznačuje, že lze použít gradient magnetického pole k diferenciaci molekul vody na jiném místě vzorku. Tato myšlenka spustila vývoj MRI (magnetická rezonance) technika. A dnes se široce používá při detekci rakoviny / nádorů. Později získal Lauterbur v roce 2003 za tuto práci Nobelovu cenu.

Rozvoj elektroporace a elektrofúze

Na začátku 80. let 20. století vědci zjistili, že buněčné membrány lze dočasně permeabilizovat pomocí silných elektrických pulzů. Během tohoto „otevírání“ může do buněk vstoupit mnoho makromolekul, včetně DNA, RNA a některých proteinů. Po nějaké době se buněčná membrána znovu utěsní. Toto se nazývá „elektroporace“.[12]

Chang vynalezl techniku ​​využívající pulzní vysokofrekvenční elektrické pole k dosažení elektroporace, která je mnohem efektivnější při genové transfekci a fúzi buněk.[13][14] („Elektrofúze“ používá zhruba stejnou techniku ​​jako elektroporace, rozdíl je v tom, že elektrofúze zahrnuje fúzi dvou článků).

V 80. letech byl koncept membránového „póru“ teorií, ale nebyl vizualizován; fyzikální vlastnosti elektroporace nebyly dobře pochopeny. Například: Jak vypadají póry? Jaká je velikost pórů na membráně? Jak dlouhé je časové okno „otevírání“? Chang a jeho spolupracovník T. S. Reese použil techniku ​​zvanou „rychlé zmrazení - zlomenina elektronová mikroskopie „Pořídit snímky tohoto procesu. Poprvé ukázal strukturu pórů vyvolanou vnějším elektrickým polem.[15][16] Tato studie poskytuje první strukturální důkazy o existenci dříve předpokládaných „elektropor“ a byla uvedena v krycím příběhu čísla z července 1990 Biofyzikální deník.

Práce na biofotonických sondách

Zelený fluorescenční protein (GFP) a Fluorescenční rezonanční přenos energie (FRET) jsou dvě důležité optické sondy / senzory objevené a vyvinuté na konci 20. století. GFP byl poprvé izolován Shimomura v roce 1962 v mořské biologické laboratoři Woods Hole. Po klonování genu GPF se stal velmi užitečným nástrojem pro vizualizaci molekul v buňkách. Chang spolupracoval s Roger Tsien Tým spojil gen GFP s genem kalmodulinu (CaM) a injikoval tuto GFP-značenou CaM DNA do buněk. Po expresi tohoto fúzního genu lze zaznamenat dynamické změny proteinu CaM-GFP.[17]

Práce na základní fyzice

Od posledního desetiletí se mnoho Changových prací zaměřuje na některé základní otázky ve fyzice. Jedna z jeho prací zkoumala fyzický význam Planckova konstanta na základě Maxwellovy teorie.[18] Planckova konstanta h je jednou z nejdůležitějších univerzálních konstant. Ale fyzická povaha h není dobře pochopeno. The Planckův vztah byl původně odvozen spíše z fenomenologických úvah než z prvních principů.[19] Changův článek ukázal, že modelováním fotonu jako vlnového balíčku elektromagnetického záření lze energii a hybnost vypočítat přímo na základě Maxwellova teorie. Za předpokladu, že emise a přenos fotonu sleduje princip všeho nebo žádného, ​​zjistil, že energie vlnového paketu je úměrná jeho kmitočtu oscilací. Podle této práce je Planckova konstanta odvozena výslovně. Naznačuje to, že Planckova konstanta úzce souvisí s fyzikálními vlastnostmi vakuum.[18]

Dalším významným dílem Changa je navrhované experimentální testování toho, zda ve vesmíru existuje klidový rámec, měřením hmotností částic.[20] Mezi postulátem relativity a kvantovými teoriemi používanými v kosmologii a částicové fyzice dnes existuje nevyřešený konflikt: První předpokládá, že vesmír nemá klidový rámec, ale druhý naznačuje, že klidový rámec existuje. Známý Michelson – Morleyův experiment testováno, že pro světlo jsou všechny setrvačné rámy ekvivalentní, tj. zdá se, že neexistuje žádný klidový rámec pro šíření světla. Nikdy však nebylo testováno, zda se masivní nabité částice řídí stejným zákonem. Changův návrh spočívá v přesném měření hmotnosti částic dvou elektronů pohybujících se v opačných směrech. Pokud je detekován rozdíl v hmotnosti obou elektronů, znamená to, že ne všechny inerciální rámce jsou stejné pro masivní částice; pokud není detekován žádný rozdíl, znamená to, že všechny inerciální rámce jsou pro masivní částice stejné.[21][22]

Knihy a kapitoly knih

Struktura a funkce v excitovatelných buňkách. Chang, Donald C., Tasaki,, Adelman, W. J., Jr. a Leuchtag, H. R. (vyd.). New York: Plenum Press. 1983. ISBN  0306413388. OCLC  9830807.

Chang D.C. (1989) Cell Fusion and Cell Poration by Pulsed Radio-Frequency Electric Fields. In: Neumann E., Sowers A.E., Jordan C.A. (eds) Elektroporace a elektrofúze v buněčné biologii. Springer, Boston, MA

Průvodce elektroporací a elektrofúzemi. Chang, Donald C., Sowers, A.E., Chassy, ​​B. a Saunders, J.A. (Eds). San Diego: Academic Press. 1992. ISBN  1299193528. OCLC  817706277.

Chang D.C. (1997) Experimentální strategie v efektivní transfekci savčích buněk. V: Tuan R.S. (eds) Protokoly pro expresi rekombinantních genů. Methods in Molecular Biology, sv. 62. Humana Press, doi: 10.1385/0-89603-480-1:307, ISBN  978-1-59259-548-8

Chang D.C. (1998) „Kapitola 88: Electroporation and Electrofusion“, Spector, D. L., Goldman, R. D., Leinwand, L. A. (eds) Buňky: Laboratorní příručka. Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN  9780879695224, str. 88.1-88.11.

Chang, Donald C. (2006-09-15), „Electroporation and Electrofusion“, Meyers, Robert A., ed., Encyklopedie molekulární buněčné biologie a molekulární medicínyWiley, doi: 10.1002 / 3527600906.mcb.200300026, ISBN  9783527600908

Chang D.C., Zhou L., Luo K.Q. (2005) Využití technologií GFP a FRET ke studiu signálních mechanismů apoptózy v jediné živé buňce. In: Shen X., Van Wijk R. (eds) Biofotonika - optická věda a inženýrství pro 21. století. Springer, Boston, MA, doi:10.1007/0-387-24996-6_3,ISBN  9780387249964

Reference

  1. ^ Zhu, Guang (2019). „The Biophysical Society of Hong Kong (BPHK): past, present, and future“. Biofyzikální recenze. 11 (3): 259–261. doi:10.1007 / s12551-019-00525-2. ISSN  1867-2450. PMC  6557936. PMID  31055758.
  2. ^ „Hongkongský vědecký ústav“. Hongkongský vědecký ústav. Citováno 11. dubna 2019.
  3. ^ A b Chang, D.C .; Hazlewood, C. F .; Nichols, B.L .; Rorschach, H. E. (1972). "Spin-echo studie na buněčnou vodu". Příroda. 235 (5334): 170–171. arXiv:1412.6003. Bibcode:1972 Natur.235..170C. doi:10.1038 / 235170a0. PMID  4551228. S2CID  4167213.
  4. ^ A b "Nukleární fyzika viděná při detekci rakoviny prsu". Atlantic City Press. Březen 1972.
  5. ^ Chang, Chassy, ​​Saunders and Sowers (1992). Průvodce elektroporací a elektrofúzemi. San Diego: Academic Press. ISBN  978-0-12-168040-4.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  6. ^ Donald, Chang; Meng, C. (1995). „Lokalizované zvýšení volného cytosolického vápníku je spojeno s cytokinezí v embryu zebrafish“. J. Cell Biol. 131 (6): 1539–1545. doi:10.1083 / jcb.131.6.1539. PMC  2120692. PMID  8522610.
  7. ^ Chang, Donald (srpen 2018). "Kvantově mechanická interpretace gravitačního rudého posuvu elektromagnetické vlny". Optik. 174: 636–641. Bibcode:2018Optik.174..636C. doi:10.1016 / j.ijleo.2018.08.127.
  8. ^ Chang, Donald C. (2020). „Kvantová interpretace fyzikálního základu ekvivalence hmoty a energie“. Písmena moderní fyziky B. 34 (18): 203002. doi:10.1142 / S0217984920300021.
  9. ^ Hazlewood, C. F .; Chang, D.C .; Nichols, B.L .; Rorschach, H. E. (1971). "Interakce molekul vody s makromolekulárními strukturami v srdečním svalu". Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2 (1): 51–53. doi:10.1016/0022-2828(71)90078-2. ISSN  0022-2828. PMID  5110317.
  10. ^ Hazelwood, C. F .; Chang, D.C .; Medina, D .; Cleveland, G .; Nichols, B.L. (1972). „Rozdíl mezi preneoplastickým a neoplastickým stavem myších mléčných žláz“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 69 (6): 1478–1480. arXiv:1403.0914. Bibcode:1972PNAS ... 69.1478H. doi:10.1073 / pnas.69.6.1478. ISSN  0027-8424. PMC  426730. PMID  4504364.
  11. ^ Lauterbur, P. C. (1973). "Tvorba obrazu indukovanými lokálními interakcemi: příklady využívající nukleární magnetickou rezonanci". Příroda. 242 (5394): 190–191. Bibcode:1973 Natur.242..190L. doi:10.1038 / 242190a0. ISSN  0028-0836.
  12. ^ Chang, Donald C. (2006-09-15), „Electroporation and Electrofusion“, Meyers, Robert A. (ed.), Encyklopedie molekulární buněčné biologie a molekulární medicíny, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, doi:10.1002 / 3527600906.mcb.200300026, ISBN  9783527600908
  13. ^ Gallagher, Sean (duben 1989). "RF pulsy mění buňky savců v nových experimentech". Novinky z genetického inženýrství a biotechnologie. 9 (4).
  14. ^ „Metoda a zařízení pro buněčnou poraci a fúzi buněk pomocí vysokofrekvenčních elektrických pulsů“. Databáze Úřadu pro patenty a ochranné známky Spojených států. Citováno 12. dubna 2019.
  15. ^ Chang, D.C .; Reese, T. S. (1990). „Změny ve struktuře membrány vyvolané elektroporací, jak je patrné z rychle mrznoucí elektronové mikroskopie“. Biofyzikální deník. 58 (1): 1–12. Bibcode:1990BpJ .... 58 ... 1C. doi:10.1016 / S0006-3495 (90) 82348-1. ISSN  0006-3495. PMC  1280935. PMID  2383626.
  16. ^ S. Roberts, „Elektroporace: galvanizace článků v akci,“ ''J. NIH Res., '' sv. 2, str. 93-94, 1990.
  17. ^ Li, C. J .; Heim, R .; Lu, P .; Pu, Y .; Tsien, R. Y .; Chang, D. C. (1999). „Dynamická redistribuce kalmodulinu v HeLa buňkách během buněčného dělení, jak je odhaleno technikou fúzního proteinu GFP-kalmodulin“. Journal of Cell Science. 112 (Pt 10): 1567–1577. ISSN  0021-9533. PMID  10212150.
  18. ^ A b Chang, Donald C (2017). „Fyzikální interpretace Planckovy konstanty na základě Maxwellovy teorie“. Čínská fyzika B. 26 (4): 040301. arXiv:1706.04475. Bibcode:2017ChPhB..26d0301C. doi:10.1088/1674-1056/26/4/040301. ISSN  1674-1056.
  19. ^ Slater, John Clarke (1969). Koncepty a vývoj kvantové fyziky. Doveru. ISBN  0486622657. OCLC  833138434.
  20. ^ Chang, Donald C. (2017). „Existuje ve vesmíru klidový rám? Navrhovaný experimentální test založený na přesném měření hmotnosti částic“. Evropský fyzický deník Plus. 132 (3): 140. arXiv:1706.05252. Bibcode:2017EPJP..132..140C. doi:10.1140 / epjp / i2017-11402-4. ISSN  2190-5444. S2CID  118966045.
  21. ^ „Existuje ve vesmíru klidový rámec? | Fyzika | Sci-News.com“. Nejnovější vědecké zprávy Sci-News.com. Citováno 2019-05-02.
  22. ^ „Má vesmír klidový rám?“. EurekAlert!. Citováno 2019-05-02.