細胞之間的化學通訊維持著組織的功能和系統的協調，但竊聽這種對話極具挑戰性。現在，研究人員開發了一種技術，可以在訊號蛋白離開細胞之前對其進行識別。該方法可能有助於確定哪些細胞正在傳送哪些資訊——這是一種分析組織中混合群體中發生的相互作用的有用工具。一個可能的應用是揭示控制幹細胞的線索——研究人員希望這種見解可以應用於修復受損組織。
該方法的目標蛋白質是從一個細胞分泌出來並協調附近細胞活動的蛋白質。一些訊號指示細胞生長和繁殖；另一些訊號“說”是時候死亡了。還有一些訊號鼓勵幹細胞——它可以成熟為多種細胞型別——分化為特定的譜系。對於希望發現細胞如何相互響應及其環境的生物學家來說，理解細胞訊號傳導至關重要。特別是對於幹細胞，研究人員仍在研究它們的確切工作原理——例如，來自幹細胞的分子可以治癒周圍組織。這些化學訊號可能會促使缺失細胞再生、招募其他細胞到該部位或啟用其他一些機制。
為了研究細胞，研究人員通常在實驗室燒瓶和培養皿中培養它們。這些細胞需要富含蛋白質、糖和激素的培養基才能在體外存活。然而，培養液中的蛋白質會掩蓋細胞在其自然環境（體內）中相互發送的訊號。體內細胞訊號更難分析——在任何組織中，都有許多不同型別的細胞發出各種分子對話的喧囂。“我們不知道誰在說話，誰在傾聽，”多倫多大學生物醫學工程學教授彼得·贊德斯特拉說。
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研究細胞通訊的科學家通常透過在分析前將細胞放入無蛋白質培養基中幾個小時來解決這種信噪比問題。但他們必須快速工作，因為這種程式會餓死並殺死它們。而且，那些存活足夠長時間的細胞會發出改變的訊號。
“這是經典的觀察者效應，”北卡羅來納州立大學羅利分校化學和生物分子工程助理教授巴拉吉·拉奧說。“透過去除[培養基中的]蛋白質，您已經影響了細胞生理學。”
拉奧和他的同事們偶然發現了一個概念上簡單的解決方案，該方案基於生物學 101 中的一個基本事實：細胞首先在專門的內部結構中構建和包裝蛋白質，然後再分泌它們。該團隊與培養的人類胚胎幹細胞和小鼠胚胎成纖維細胞（一種在組織中構建結構框架並對傷口癒合至關重要的細胞型別）合作，分離出負責組裝蛋白質的細胞成分或細胞器。這些細胞器包括內質網、高爾基體和轉運小泡等結構——後者本質上是將蛋白質從一個結構運送到另一個結構，然後運出細胞的袋子。然後，使用一種稱為質譜儀的精密實驗室工具，他們鑑定了分離的細胞器中的訊號蛋白，從而獲得了通常會釋放到細胞外資訊湯中的訊號分子的快照。
該團隊在Molecular & Cellular Proteomics雜誌上線上描述了這項新技術，他們在 9 月 15 日線上發表的文章中透過將他們發現的蛋白質與已知的小鼠胚胎幹細胞和成纖維細胞產生的分泌蛋白進行比較，驗證了其結果。拉奧說，這項技術將有助於分析混合群體中的細胞，並跟蹤細胞如何響應其環境的變化。
佐治亞理工學院生物醫學工程副教授託德·麥克德維特（Todd McDevitt）說，解碼幹細胞傳送和接收的分子線索可能是開發涉及這些細胞的新療法的關鍵，他沒有參與這項工作。例如，發現一種特定的蛋白質訊號可以鼓勵幹細胞修復受損組織，可能會催生一種模仿該蛋白質並增強組織修復的藥物。這種訊號的混合物甚至可能消除移植幹細胞來完成此類任務的需要。他說，這項技術將幫助研究人員進行導致此類發現的基礎研究。“它可能是真正具有變革性的。”