科學家發明了微觀小工具,竟然能鑽到細胞內部,測量細胞內部的電壓情況,或將開啟一個全新的研究領域。

電流信號是生物體內重要的一項指標。生物體內各個系統之間電壓的差別,對生物機體的運作起著重要作用:它們維持著心臟的跳動、保證神經元之間的溝通等。

但是從來沒人研究過細胞內的細胞器的電壓情況。細胞器是通過生物膜包裹著的,與細胞內其它結構體分隔開來的亞細胞結構,具有獨立的功能。

這份研究的作者之一芝加哥大學的薩米納森(Anand Saminathan)說:「很久以前科學家就注意到用於給細胞上色的帶電染料會卡在線粒體內部(線粒體是細胞器的一種),但是沒人研究過這其中的機制,比如活體細胞內其它細胞器內外的電壓勢差。」

芝加哥大學的克里希南實驗室(Krishnan lab)專長於製造各種微型感應器,這些感應器游動在細胞內部,將測量結果傳輸給研究人員,輔助各種疾病研究。以前,他們造過研究神經元和溶酶體的微型感應器,現在他們使用這種技術探察細胞器內的電壓。

他們發明了一種由DNA材料製成的微型感應器,可以順利進入細胞的內部,觸及內部更深層的結構體。

以前對神經元的研究發現,包裹神經元的薄膜上具有由蛋白質構成的離子通道,是帶電離子進出細胞的專用通道。這些通道是神經元之間溝通的重要渠道。科學家知道細胞器薄膜上也有類似的通道,但還不明確它們具體的功能。

這項研究為探索這樣的問題鋪平了道路。在這項初步研究中,研究人員探索了細胞器內外的電壓差,發現好幾種細胞器內外都存在明顯的電壓差,包括高爾基體反面的網絡結構(trans Golgi network,TGN)、再循環內體(recycling endosome)等。以前,研究人員不知道這些細胞器的內外存在電壓差。

「這些發現讓我意識到,細胞器內外電壓差可能起著更大的作用,比如幫助細胞器之間的溝通。」研究者克里希南(Yamuna Krishnan)說。

研究人員表示,這項研究只是個開端,這種微型設備為科學家探索很多領域內以前沒有辦法探索的問題提供了可行的途徑,可能將開闢一個全新的研究領域。◇