瞭解蛋白質在單個人體細胞內部的行為方式可以告訴我們這些細胞是會存活、死亡還是功能失常——這些資訊可以作為疾病的早期預警。但是，由於當今的分析方法需要數百到數千個細胞的最小樣本，因此很難獲得如此詳細的資訊。然而，現在，太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 的研究人員開發了一種“分子顯微鏡”，用於檢測和識別僅幾個細胞（甚至單個細胞）樣本中的蛋白質，並已使用它來區分病變組織和健康組織。
新裝置可以分析比其他蛋白質識別技術所需的組織樣本小 500 倍的樣本。在一項測試中，科學家使用該工具檢測到單個人肺細胞中約 650 種蛋白質。在另一項測試中，他們使用它來檢查實驗室培養皿中的少量人胰腺組織樣本，以確定該組織是糖尿病還是健康組織。（病變的胰腺細胞會阻止胰島素的產生，導致 I 型糖尿病。）研究人員還利用這項技術從少量健康的人腦、肺、肝臟和子宮細胞中識別出數千種蛋白質。他們希望這種方法將為疾病帶來更有針對性和個性化的治療。
前列腺癌細胞。圖片來源：Science Source
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該系統首先在蝕刻在玻璃晶片表面的微小孔中收集組織樣本。然後，一個機械臂將化學試劑（用於提取和分離蛋白質）的液滴分配到每個孔中。然後，科學家使用一種稱為質譜儀的裝置來識別蛋白質。
到目前為止，蛋白質識別技術只能提供較大樣本的總體檢視，而不能提供關於單個細胞或非常小的細胞簇中蛋白質的詳細資訊。“我們現在可以從乾草堆中分離和分析單個針，而以前我們必須將針和乾草堆一起分析，”化學家 Ryan Kelly 說。他和他的同事朱瑩當時都在 PNNL 工作，他們共同撰寫了今年夏天在Angewandte Chemie雜誌上發表的研究報告。
使用如此小的樣本進行工作的主要困難原因是，在每個處理步驟中都會損失一些材料。新系統透過使用最大限度地減少蛋白質可能粘附的表面積的孔來解決這個問題。馬里蘭大學化學家 David Goodlett 沒有參與這項工作，他稱之為令人興奮的進步。他說，科學家們已經開發出了“解決這個問題的優雅方案”。
研究人員現在正在應用這項技術來識別在前列腺癌患者血液迴圈中的單個腫瘤細胞中的蛋白質。檢測這些細胞中如此小的細節的能力可能有助於解釋為什麼一些不健康的組織會對藥物產生抗藥性。