我们体内的细胞要作为一个整体发挥作用，就必须不断地相互沟通。它们分泌信号分子(离子、蛋白质和核酸)，这些信号分子被邻近的细胞接收，然后将信号传递给其他细胞。多亏了这种交流方式，肌肉、消化系统和大脑才能正常工作。这是免疫系统能够识别病原体或受感染细胞并做出相应反应的唯一途径——同样，通过发出信号来调动免疫防御。

　　如果这种细胞间的信号传递出了问题，就可能导致癌症或自身免疫性疾病等疾病。在生物物理学家在苏黎世联邦理工学院的生物传感器和生物电子学实验室工作的Morteza Aramesh说：这就是为什么研究细胞在什么情况下发出什么信号很重要，开发了一种新方法：监听单个细胞之间的通讯。

　　创新的纳米传感器

　　尽管在过去测量这些信号是可能的，但它只能对整个细胞群的成百上千个细胞进行测量。这些方法对单个细胞不够敏感，不能用于单个细胞，这意味着单个细胞发出的信号分子被淹没在细胞总数的平均值中。现在发表在科学期刊《自然纳米技术》上的新方法就可以，科学家使用了一种被称为流体力显微镜的仪器，该仪器配有一个特殊的悬臂尖端。悬臂梁是一种带有细尖端的小杠杆臂，可以用这种显微镜扫描表面，比如细胞表面。

　　新颖之处在于悬臂梁顶端安装了一个微型传感器，它由一个只有几纳米大小的氮化硅孔组成，当细胞释放分子时，这个孔就会被记录下来。工作原理：细胞膜上的转运蛋白控制着细胞释放信号分子的方式。新纳米孔传感器的直径非常小，可以精确定位在其中一个转运蛋白上，从而拦截流经它的分子。纳米孔传感器能够测量离子电流，当离子或更大的生物分子(如蛋白质或核酸)流经小孔时，离子电流发生变化。根据离子电流变化的性质和持续时间，可以识别出不同的信号分子。

　　仔细“监听”单个细胞

　　科学家在大鼠脑组织的活神经细胞上测试了该方法，称之为扫描纳米孔显微镜。到目前为止，已经能够区分单个信号分子，如离子和某些蛋白质。生物物理学家现在计划进一步发展纳米传感器，以便在未来识别其他信号分子。生物传感器和生物电子学实验室的负责人、该论文的最后作者雅诺斯•沃罗斯(Janos Voros)表示：目标是最终能够分析细胞的所有信号，尽管如此，该方法已经可以用于在活细胞中定位转运蛋白，此外，新开发的传感器也让研究人员能够观察细胞内部。

　　纳米传感器的尖端非常精致，可以穿透细胞膜而不会造成永久性损伤。在细胞内部，就有可能分析从细胞核中去除的物质，RNA片段在这里特别有趣。提供了对细胞目前产生哪些蛋白质的洞察——这是许多疾病发病的一个关键因素。该方法为生物学家提供了研究单个细胞行为的全新方法，不仅可以区分患病细胞和健康细胞，还可以用于干细胞的发育，或用于确定实验室中的细胞是否与人体中细胞行为相同，新方法很可能在未来帮助回答许多其他问题。

　　博科园｜研究/来自：苏黎世联邦理工学院

　　参考期刊《

　　自然纳米技术

　　》

　　DOI: 10.1038/s41565-019-0493-z

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