苏黎世联邦理工学院圣蒂娜·罗素 生物物理学家莫泰莎·阿拉米斯正在研究显微镜
他的方法以一种全新的方式测量细胞信号分子
信用:苏黎世联邦理工学院/蒂尔曼·施洛特 为了使我们身体中的细胞作为一个单位发挥作用，它们必须不断地相互交流
它们分泌信号分子——离子、蛋白质和核酸——这些信号分子被邻近的细胞吸收，进而将信号传递给其他细胞
我们的肌肉、消化系统和大脑只有通过这种交流才能发挥作用
这是我们的免疫系统识别病原体或感染细胞并做出相应反应的唯一方式——再次通过发出信号来调动免疫防御
如果细胞间的这种信号出现问题，就会导致癌症或自身免疫性疾病等疾病
“这就是为什么研究细胞在什么情况下发出什么信号很重要，”莫特扎·阿拉米斯说
这位生物物理学家在苏黎世联邦理工学院生物传感器和生物电子学实验室工作，他开发了一种新方法，可以精确地做到这一点:它可以监听单个细胞之间的通讯
一种创新的纳米传感器 尽管在过去测量这些信号是可能的，但它只能对成百上千个细胞的整个群体进行
这些方法不够灵敏，不能用于单个细胞，这意味着来自单个细胞的信号分子被淹没在总细胞群的平均值中:“例如，不可能检测细胞之间的差异来识别患病细胞，”阿拉米斯说
最近发表在科学杂志《自然纳米技术》上的新方法是不同的
阿拉米什和他的同事使用了一种被称为流体力显微镜的仪器，配备了一个特殊的悬臂尖端
悬臂是一个小的杠杆臂，有一个精细的尖端，可以与这种类型的显微镜一起使用来扫描表面——比如细胞的表面
新的是一个微小的传感器被放置在悬臂的顶端
它由一个只有几纳米大小的氮化硅孔组成，当细胞释放分子时会记录下来
工作原理:位于细胞膜中的转运蛋白控制细胞如何释放信号分子
这种新型纳米孔传感器的直径如此之小，以至于它可以精确地定位在其中一种转运蛋白上，从而拦截流经它的分子
纳米孔传感器能够测量离子电流，当离子或较大的生物分子(如蛋白质或核酸)流经孔时，离子电流会发生变化
根据离子电流变化的性质和持续时间，可以识别不同的信号分子
仔细观察单个细胞 研究人员在老鼠脑组织的活神经细胞上测试了他们的方法，他们称之为扫描纳米孔显微镜
到目前为止，他们已经能够区分单个信号分子，如离子和某些蛋白质
生物物理学家现在计划进一步开发他们的纳米传感器，以便在未来识别其他信号分子
“我们的目标是最终能够分析细胞的所有信号，”生物传感器和生物电子学实验室负责人、该出版物的最后一位作者亚诺斯·沃斯说
尽管如此，该方法已经可以用于定位活细胞中的转运蛋白
此外，新开发的传感器还允许研究人员观察细胞内部，因为纳米传感器的尖端非常脆弱，可以刺穿细胞膜而不会造成永久性损伤
在细胞内部，就有可能分析从细胞核中消除了什么
“核糖核酸片段在这里特别有意思，”沃斯说
它们提供了对细胞目前正在产生哪些蛋白质的洞察——这是许多疾病发病的关键因素
“我们的方法为生物学家提供了研究单个细胞行为的全新方法，”罗斯补充道
它不仅可以区分患病细胞和健康细胞，还可以用于干细胞的开发，或者确定实验室中的细胞是否与体内的细胞行为相同
新方法可能有助于将来回答许多其他问题
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