張曄

近期，接二連三有公眾人物因為癌癥突然離世，令人扼腕的同時也引發(fā)熱議：我們該如何更早地發(fā)現(xiàn)癌癥，從而獲得盡早治療的機會呢？

“看穿”細胞內(nèi)分子的細微變化

如果把人體內(nèi)的細胞比作廣場上的許多人，表面上看起來他們都很正常，但是其中有些人的內(nèi)心已經(jīng)起了變化，就像是一群“潛伏者”，一旦時機成熟，就會興風作浪。

癌癥等疾病在早期時，人體不會有任何癥狀，如果按照一般的檢測手段，相當于從外觀的角度透視或放大人體組織器官，很難“看穿”細胞內(nèi)分子的細微變化。

一直以來，科學家苦苦尋找能在早期辨別出這些“潛伏者”的有效方法。從20世紀80年代起，依靠科學儀器對細胞內(nèi)的分子變化情況進行精準探測，并用化學分析的方法得出判斷結(jié)果，逐漸成為一種全新的檢測手段。

前段時間，中科院院士、南京大學化學化工學院陳洪淵教授團隊，在國際上率先實現(xiàn)了在納秒及納米尺度上對單個活細胞內(nèi)生物分子化學反應(yīng)過程的分析工作，可精準測量單個細胞內(nèi)分子的動態(tài)變化。也就是說，我們有望對早期病變細胞進行檢測，剝開癌細胞的“畫皮”，從而去幫助臨床大夫進行診療。相關(guān)研究發(fā)表在《美國科學院院報》等一系列國際一流刊物上。

“人是由細胞組成的，其中有復(fù)雜的變化過程，我們希望從源頭追究細胞中的各種化學反應(yīng)?！标惡闇Y說，癌細胞是善于偽裝自己的，這個儀器可以在細胞病變的最早期，對正常細胞和病變細胞進行有效的識別，以做出一些有價值的判斷。

這個方法的基本原理就是用納米尺寸大小的探針，深入單個活細胞中，利用探針表面的識別物或輸送進去的檢測試劑去尋找特定的分子?！熬拖裨谝蝗喝水斨袑ふ掖┘t色衣服的人?！毖芯繄F隊的主要成員之一、南京大學教授江德臣說。

如同在納米管中流過十億分之一的小水珠

科學研究發(fā)現(xiàn)，任何物質(zhì)都是由極微小的粒子及分子組成的，細胞也不例外。這些微小顆粒分為細胞器、囊泡和分子。其中，細胞器中的化學變化支配著細胞的活動。

一般來說，細胞的平均直徑在10～30微米之間，而一個細胞器的直徑僅為50～100納米。想要在如此小的尺度上對其包含的分子進行化學反應(yīng)的檢測，可以說極為困難。

“我們設(shè)計的納米探針，根據(jù)檢測目標物的不同，會在探針上修飾不同的識別物，可以特征性地去識別一些分子?！标惡闇Y介紹說，這就可以獲取被檢測區(qū)間中更加翔實的分子信息。

為了實現(xiàn)對于復(fù)雜生物分子的檢測，科研人員把對應(yīng)的檢測試劑輸送到細胞中。向細胞內(nèi)如此狹小的空間進行精準、定量的物質(zhì)輸運是一個難題，此前也沒有成熟的技術(shù)可供借鑒。

經(jīng)過多次研討，項目組利用“溶液可在電場作用下在納米管中流動”的原理，實現(xiàn)了將這些試劑通過探針定向輸運到細胞內(nèi)的指定位置。

由于輸運溶液的體積只有“飛升”，即僅相當于一滴水的十億分之一，該采用多大電壓？如何觀測這樣微小的液滴？研究團隊在設(shè)計好實驗方案的基礎(chǔ)上，又查閱了大量的資料，通過反復(fù)的實驗論證，終于在多次反復(fù)實驗后穩(wěn)定地獲得了從納米毛細管內(nèi)精準排出的液體，并在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化實驗參數(shù)，使之在分析時不會干擾細胞自身的活性。

相當于在細胞里做一次化學實驗

目前，國際上的相關(guān)檢測通常做到200納米級分辨的觀測，而陳洪淵團隊實現(xiàn)了50納米級分子化學反應(yīng)的分析工作。

“我們成功地實現(xiàn)了將‘飛升體積的分析溶液輸運到目標區(qū)域，并在國際上率先實現(xiàn)了對單個細胞器中蛋白活性的定量電化學分析?！苯鲁冀榻B說，這項研究的先進性在于提高了單細胞分析的空間識別能力，就好比原來拍一個東西得到的照片是512×512像素，現(xiàn)在發(fā)明了可拍攝更高像素（如2048×2048）的工具，可以看得更加清楚。