人體細胞的運作方式就像一座城市,必須透過精密的運輸系統,將各種物質送到正確的位置。但由於運輸的速度太快,也為研究它的科學家製造了很大的難題。本校分子醫學所林玉俊特聘教授領導的研究團隊最近研發出一套「鉚釘系統」(RIVET),如同細胞運輸定身術,只要透過光照,就可以在幾秒鐘內讓細胞內特定的運輸泡泡如同被「點穴」一樣瞬間暫停不動。
研究團隊進一步在實驗動物身上驗證這項技術。從顯微鏡中可以觀察到,原本不停蠕動的線蟲在被特定波長的藍光照射後,因細胞內負責傳遞神經訊息的突觸泡泡被暫停,竟如電影《哈利波特》中被下了定身咒一樣,一動也不動。一旦關閉光源,線蟲又如解除咒語一樣恢復蠕動,顯示這項技術可以精準且可逆地控制神經系統的運作。
林玉俊特聘教授指出,這項突破不僅能幫助科學家更深入了解生命的運作機制,也可以控制胰島素的分泌、營養吸收、神經傳導、甚至病毒入侵,為多種疾病的治療帶來新希望,登上了頂尖期刊《先進科學》(Advanced Science)。
生命的運作必須仰賴細胞來運輸各種物質,成千上萬不同的運輸泡泡奔馳在如省道、國道等不同的軌道上,好比複雜又精密的物流系統。但這些物質如何正確地送往目的地呢?林玉俊特聘教授解釋,細胞會將要運送的營養、荷爾蒙等物質,用如同一個個小泡泡的細胞胞囊包覆起來,然後讓運動蛋白帶著這些泡泡沿著細胞「微管」這條天然的高速公路,運送到正確的目的地。
「細胞內的運輸速度很驚人!」林玉俊特聘教授說,如果將運輸泡泡放大成一輛汽車,它行駛的速度可達時速700公里,比高鐵還要快。而林玉俊特聘教授開發的鉚釘系統就如同車輛的急煞系統,可以在15秒內就讓運輸泡泡完全停下來。
林玉俊特聘教授表示,過去研究細胞內的運輸系統時,要讓它暫停下來以便觀察,必須抽離或是抑制運輸泡泡的相關分子,需要3天的時間,很沒效率。但研究團隊開發的鉚釘系統解決了這個問題,它以基改方式在特定的運輸泡泡及微管上產生不同的「生物膠水」,在特定波長的藍光照射下,泡泡與軌道就會像AB膠一樣黏合起來,暫停不動。
林玉俊特聘教授說明,控制細胞運輸系統除了使用光照外,也可以使用化學藥劑,但加藥後很難清除,無法隨意啟動和停止。相較之下,光照方式更理想,「打光照誰,誰就停,關掉藍光又動起來,就像有開關一樣靈活。」
這項技術的發現其實來自一個意外。林玉俊特聘教授指導分醫所碩士生陳筱奇做研究時,發現原本設計的對照組出現了不符合預期的現象,但研究團隊轉個念頭,反而將意外發揚光大。
「如果我們能隨意控制細胞,就不再有疾病,也不用吃藥。」這是林玉俊特聘教授身為生醫科學家的大願。事實上,他領導的團隊在研發出鉚釘系統後,也應用在不少研究上。如新冠肺炎病毒就是靠ACE2泡泡進入人體內,林玉俊特聘教授研究團隊已成功利用鉚釘系統關閉ACE2泡泡的運輸,來阻擋病毒入侵。
除了控制線蟲的細胞運輸,鉚釘系統也可以用來控制果蠅、老鼠等實驗動物。更重要的是,林玉俊特聘教授團隊發現,老化也與細胞內運輸功能息息相關,如果能控制細胞運輸,將為老化相關疾病、病毒感染、神經疾病的治療帶來新的研究方向。
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