纳米通道为开发新药指明了道路
为了开发新的药物和疫苗，需要对自然界最小的生物组成部分——生物分子——有详细的了解。瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究人员现在展示了一种开创性的显微镜技术，可以用一种全新的方式研究蛋白质、DNA和其他微小的生物颗粒在自然状态下的状态。
研制药物和疫苗需要大量的时间和金钱。因此，能够通过研究单个蛋白质的行为和相互作用来简化工作是至关重要的。Chalmers的新显微镜方法可以在早期阶段发现最有希望的候选人。这项技术也有可能用于研究细胞通过分泌分子和其他生物纳米颗粒相互交流的方式。例如，这些过程在我们的免疫反应中发挥着重要作用。
露出轮廓
生物分子既小又难以捉摸，但却至关重要，因为它们是所有生物的基石。为了让它们用光学显微镜揭示它们的秘密，研究人员目前需要用荧光标签标记它们或将它们附着在表面。“用目前的方法，你永远无法确定标签或分子所附着的表面不会影响分子的性质。在我们的技术的帮助下，它不需要任何类似的东西，它显示了它完全自然的轮廓，或光学特征，这意味着我们可以分析分子的本来面目，”查尔姆斯物理系教授、研究负责人Christoph Langhammer说。他与查尔默斯大学和哥德堡大学的物理学和生物学研究人员一起开发了这种新方法。
这种独特的显微镜方法是基于研究人员想要研究的分子或粒子被冲入含有微小纳米管(称为纳米通道)的芯片。将测试流体添加到芯片中，然后用可见光照射芯片。然后发生在光、分子和充满液体的小通道之间的相互作用使内部的分子呈现出一个黑影，可以在连接到显微镜的屏幕上看到。通过研究它，研究人员不仅可以看到而且还可以确定生物分子的质量和大小，并获得关于其形状的间接信息——这是以前单一技术无法实现的。
广受好评的创新
这项新技术，纳米流体散射显微镜，最近发表在科学杂志上自然方法．瑞典皇家工程科学院(Royal Swedish Academy of Engineering Sciences)也对取得的进展表示了敬意。瑞典皇家工程科学院每年都会列出一些有可能改变世界并带来实际利益的研究项目。创业公司Envue Technologies也通过这项创新向社会迈出了一步，该公司在今年瑞典西部的创业杯比赛中获得了“游戏规则改变者”奖。“我们的方法使工作更有效率，例如，当你需要研究样品的内容，但事先不知道它包含什么，因此需要标记什么，”研究员Barbora Špačková说，她在Chalmers期间推导出了新技术的理论基础，然后也进行了第一次实验研究与该技术。
研究人员现在正在继续优化纳米通道的设计，以便找到更小的分子和粒子，这些分子和粒子目前还不可见。
Langhammer说:“我们的目标是进一步完善我们的技术，使它有助于增加我们对生命运作方式的基本理解，并有助于使下一代药物的开发更有效。”
这项技术是如何工作的
- 研究人员想要研究的分子或粒子被放置在一个含有微型纳米管(纳米通道)的芯片中，该芯片充满了测试流体。
- 芯片被固定在一个特别适应的光学暗场显微镜和可见光照明。
- 在显微镜下显示的屏幕上，分子看起来像一个在纳米通道内自由移动的黑影。这是由于光与通道和生物分子相互作用。然后产生的干涉效应通过减弱分子所在点的光来显著增强分子的光学特征。
- 纳米通道越小，放大效果越大，可见的分子越小。
- 利用这项技术，目前可以分析分子量约为60千道尔顿及以上的生物分子。也有可能研究更大的生物颗粒，如细胞外囊泡和脂蛋白，以及无机纳米颗粒。
参考:Špačková B, Klein Moberg H, Fritzsche J，等。单个扩散分子和纳米颗粒的大小和质量的无标签纳米流体散射显微镜。Nat方法．2022; 19(6): 751 - 758。doi:10.1038 / s41592 - 022 - 01491 - 6
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