生命科學

蛋白質顯微鏡

新的分子顯微鏡讓科學家得以用少量細胞就能探測各種蛋白質。

撰文/伯科威茲(Rachel Berkowitz)
翻譯/李之年

生命科學

蛋白質顯微鏡

新的分子顯微鏡讓科學家得以用少量細胞就能探測各種蛋白質。

撰文/伯科威茲(Rachel Berkowitz)
翻譯/李之年


了解蛋白質在人類細胞內如何運作,我們就能知道那些細胞的命運──會活、會死,還是會功能異常,諸如此類的資訊可做為疾病的早期預警。但這麼詳細的資訊很難取得,因為現今的分析方法至少需成千上萬顆細胞樣本。


不過,美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員研發出一種「分子顯微鏡」,可以探測僅有幾顆細胞的樣本,並鑑定蛋白質,甚至在單顆細胞上也行得通。研究人員還用它來辨別健康及病變組織。


這種新儀器分析的組織樣本,比其他蛋白質鑑定技術所需的樣本小500倍。在一項測試中,科學家利用這套技術在一顆人類肺部細胞內探測到約650種蛋白質。在另一項測試中,他們用這種儀器檢查實驗室培養皿上的人類胰臟組織小樣本,以分辨糖尿病變及健康組織。(病變的胰臟細胞會妨礙胰島素分泌,導致第一型糖尿病。)研究人員還運用這項技術,以少量健康人腦、肺部、肝臟及子宮細胞鑑定了其中數千種蛋白質。他們希望這套方法有助於研發更多替患者量身訂做的標靶治療。


這套技術首先以玻璃晶片上的迷你凹槽採集組織樣本。接著,機械手臂會把化學試劑滴入每個凹槽中,萃取並分離蛋白質,科學家再用質譜儀進行鑑定。


在此之前,我們只能藉由蛋白質鑑定技術來概略觀測大樣本,而無法詳盡探測單一細胞或一小群細胞內的蛋白質詳細資訊。太平洋西北國家實驗室的生化學家凱利(Ryan Kelly)說:「現在我們可以從海底把一根根針撈出來分析,以前得連針帶海一起分析。」他和同事祝瑩(Ying Zhu)把研究成果發表於2018年5月的《應用化學》(Angewandte Chemie)。


探究這麼小的樣本之所以棘手,主要是因為每一道處理步驟都會損失一些樣本;而新方法利用迷你凹槽把蛋白質附著的表面積減至最小,以解決樣本損失的問題。沒有參與這項研究的馬里蘭大學化學家古萊特(David Goodlett)稱這套技術是振奮人心的大躍進。他評論,這些科學家研發出「精妙的解決之道」。


研究人員目前應用這項科技來鑑定攝護腺癌病患血液中單一腫瘤細胞內的蛋白質。能夠如此鉅細彌遺地探索這些腫瘤細胞,有助於解釋為何某些不健康的組織會出現抗藥性。