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”細胞內分子的細微變化

如果把人體內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生物分子化學反應過程的分析工作，可精準測量單個細胞內分子的動態(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?！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。“就像在一群人當中尋找穿紅色衣服的人。”研究團隊的主要成員之一、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的檢測，可以說極為困難。

“我們設計的納米探針，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)對于復雜生物分子的檢測，科研人員把對應的檢測試劑輸送到細胞中。向細胞內如此狹小的空間進行精準、定量的物質輸運是一個難題，此前也沒有成熟的技術可供借鑒。

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？研究團隊在設計好實驗方案的基礎上，又查閱了大量的資料，通過反復的實驗論證，終于在多次反復實驗后穩(wěn)定地獲得了從納米毛細管內精準排出的液體，并在此基礎上進一步優(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。