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作者：Sibyl
導讀：我們細胞的正常運轉離不開細胞器與許多複雜程式的精確配合。動物細胞中有一個必不可少的細胞器——溶酶體，它的作用是分解和重複利用蛋白質，脂類與核苷酸這些大分子。除了細胞消化和廢料處理，溶酶體還參與氨基酸的訊號傳遞以促進蛋白質合成及其他工序。
考慮到大部分疾病都是由於溶酶體功能缺陷造成的，科學家花費數十年的時間專注研究這個細胞器也就不足為奇。但是隻有為數不多的技術可以用來提取細胞中的溶酶體。最常見的方法稱為“密度梯度離心法”，它可以慢慢破壞細胞膜，併為細胞裡的物質提供離心力，再透過密度的不同來分離細胞組分。可惜的是，有些細胞器與溶酶體的密度相同，所以得到的樣品純度不高。此外，此工序耗時太久，許多溶酶體蛋白早已流失或降解。
“免疫沉澱法”是一種更為先進的技術，它可以修復溶酶體的膜蛋白，讓包覆著特定抗體的磁珠可以抓取到它們。雖然這種方法可以得到純度高的樣本，但提取出的溶酶體中，蛋白質組分有所改變，所以後續的蛋白分析也相應的不夠準確。因此，我們必須尋找新的方法來提取細胞中的溶酶體。
幸運的是，北陸先端科學技術大學院大學(JAIST)的Shinya Maenosono教授帶領的研究團隊接受了這一挑戰，並且研發出了一項新穎的技術來快速提取高純度完好的溶酶體。該研究發表於《ACS Nano》期刊上，題為“Quick and Mild Isolation of Intact Lysosomes Using Magnetic–Plasmonic Hybrid Nanoparticles”。（研究人員還包括來自JAIST的松村和明教授、平冢佑一教授，和日本東北大學的田口智彥教授）
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08474
這種技術是運用銀和鐵鈷合金製成的磁化等離子體混合奈米粒子(MPNPs)，它的表面覆蓋著名為氨基葡聚糖(aDxt)的化合物。細胞透過“內吞作用”自動吸收“aDxt包覆的MPNPs，它會在溶酶體中達到峰值。一旦溶酶體中積蓄了足夠多的MPNPs，細胞就會慢慢被“瓦解”，然後用電磁體取出溶酶體。
（一旦細胞中的溶酶體透過內吞作用途徑積蓄電磁奈米粒子，細胞膜就會破裂。在30分鐘之內用電磁體“篩選”裡面的物質。這一工序結束之後，就可以用電磁體吸取完好的溶酶體，以研究其結構，代謝及蛋白組分。）
https://www.eurekalert.org/multimedia/813478
該技術能否成功最關鍵的部分在於讓MPNPs只能進入溶酶體。這時等離子成像就能派上用場了。在光線的作用下，光學顯微鏡可以很容易顯現等離子奈米粒子。透過免疫染色對內吞途徑中不同型別的細胞器進行不同的染色，並檢查MPNPs與它們的重疊情況，研究人員明確了最多MPNPs可以抵達溶酶體的確切時間，同時，也可以確保分離程式中產生的溶酶體是純度較高的。
隨後，該團隊分析了溶酶體蛋白組分中溫度對其的影響和電磁分離時間。研究結果表明，甚至是在溫度低至4°C的情況下，蛋白質流失也是非常迅速的。所幸，他們的方法可以足夠快速的提取完好的溶酶體，正如Maenosono教授強調的那樣：“我們已經發現，細胞破碎之後最快提取溶酶體的時間為30分鐘，離心分離技術最少需要幾個小時，這已經是很大幅度的提升了。”
總體來說，這項新技術將幫助研究人員探索溶酶體那些不穩定的代謝產物以及它們在受到刺激時的變化情況。也就是說，這為我們探究溶酶體功能紊亂的病症提供了新的方向。就這一方面而言，Maenosono教授認為：“鑑於溶酶體與許多細胞代謝物有著緊密的聯絡，更好的瞭解溶酶體功能以明確其在不同細胞狀態下的調節方式是極為必要的。因此，我們的技術未來將有助於更好的研究和治療溶酶體缺陷症。”此外，透過改進這項新技術也可以用於提取除了溶酶體以外的其他細胞器。這項研究有希望讓我們對細胞內的物質有一個更高水平的瞭解。
參考資料：
https://www.eurekalert.org/news-releases/939401
注：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。
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