佐治亚理工学院的发明捕捉了细胞特性和生化信号

为了制造能够针对某些人类疾病的药物，科学家们必须首先准确解码一个细胞或一组细胞如何与其他细胞通信，以及如何对周围的复杂生物分子做出反应。

佐治亚理工学院的SMS探针轻轻地将生物分子拉到细胞/组织表面的特定点，将这些生物分子电离并产生适合分析的“干”离子，然后将这些离子传输到质谱仪。

但是，即使是目前用于研究细胞通信的最复杂的工具也存在重大缺陷。

通常情况下，这些工具只能检测一组经过严格筛选的小分子，或者，为了进行更复杂的分析，必须破坏细胞以制备样品。

这使得观察复杂的细胞相互作用变得困难，就像它们在自然栖息地——人体中发生的那样。

佐治亚理工学院的研究人员发明了一种纳米级探针，扫描质谱(SMS)探针，可以捕捉正常环境中复杂生物物体的生化组成和地形，为发现新的生物标志物和改进基因研究打开了大门，从而在细胞水平上实现更好的疾病诊断和药物设计。这项研究发表在7月份的《ieee电子通讯．

该仪器是系统生物学新兴科学的工具，可以帮助研究人员更好地理解最基本层面的细胞相互作用，包括细胞信号，以及识别蛋白质表达和对外部刺激的反应(例如，暴露于药物或环境变化)，从器官尺度到组织，甚至单细胞水平。

“从本质上讲，疾病是对正常细胞信号的破坏，”佐治亚理工学院的教授安德烈·费多罗夫博士说伍德拉夫机械工程学院也是这个项目的首席研究员。

“所以，如果一个人能从最基本的层面上理解网络和所有信号，就能在需要时控制和纠正它们。”

“SMS探针可以通过探测自然细胞环境中的细胞活动来帮助绘制所有这些复杂而复杂的细胞通信途径。”

SMS探针提供了在细胞/组织表面的特定点轻轻拉生物分子(蛋白质，代谢物，多肽)的能力，电离这些生物分子并产生适合分析的“干”离子，然后将这些离子运输到质谱仪进行识别。

探针动态地(而不是静态地)完成这一过程，对表面成像并实时映射细胞活动和通信。

本质上，在扫描模式下，SMS探针可以创建类似于电影的细胞生化活动的高空间和时间分辨率的图像。

SMS探针可以与原子力显微镜或其他扫描探针集成，并且可以成像生化活性以及监测成像过程中细胞/组织拓扑结构的变化。

Fedorov说:“这种探针可能使我们能够同时检测细胞通信背后的复杂机械-生物-电化学事件。”

“未来的工作是完善想法和开发一种多功能仪器，生物和医学科学家可以使用它来推进生物医学研究的前沿。”

对于包括Levent Degertekin博士在内的佐治亚理工学院团队来说，关键的挑战是创造一种方法，让质谱仪从小范围内对生物分子进行采样，并动态地进行，从而实现生化成像。

研究人员必须找到一种方法，将目标分子从样本中抽出，就像使用虚拟镊子一样，然后将这些分子转移到干燥的带电状态，适合进行质谱分析。

该问题的解决方案来自于与离子流体的基本流体力学相关的技巧，因为研究人员利用强大的毛细管力将流体限制在探针入口的纳米级范围内(使液体和气体环境自然分离)，然后使用经典的泰勒电流体动力学聚焦射流来产生带电离子，但以反向(拉)而不是常用的向前(推)模式。