荧光分子助力细胞膜力学测量
2024-02-20 16:50:41   来源：第一新闻网   评论：0 点击：

　　细胞膜作为细胞的外围，是维护细胞输运平衡最重要的组成成分。随着时间的推移，科学家们对细胞膜进行深入研究，在跨膜物质输运方面有着丰硕的成果。然而，在对于细胞膜本身细胞力学的研究方面，仍然缺乏一种测量手段，一直以来阻碍膜物理方面的研究。为了深入了解这一问题，记者采访了常年关注此领域的黄尧奇博士。据了解，黄博士在本科毕业后便投入到了细胞膜力学性质方面的研究，发表了数篇相关领域的文章。

　　记者：说到细胞，大家可能都或多或少了解其为生命的一个基本单元，但说到细胞表面的细胞膜的话，能不能请黄博士简单介绍一下？

　　黄尧奇：严格地来说，细胞膜不仅仅是一层膜，他是细胞内部和细胞外部之间多种物质结合体的总称。一个最重要的组成部分便是以磷脂双分子层（注：少数古菌有例外）构筑的骨架，这便是我们通俗来讲的细胞膜。但在细胞膜上，还有着类似于蛋白质、糖类、糖蛋白等等的小分子。磷脂双分子层起到了保护细胞内部物质的作用，而镶嵌在磷脂双分子层上的小分子，则成为了调控物质与能量输运的关键。

　　记者：如此关键的细胞膜，目前在研究阶段有哪些困难和挑战呢？

　　黄尧奇：别看目前我们对于细胞膜的骨架有了基本的认识，可确认细胞骨架的组成成分是磷脂双分子层才不过50年。对于细胞的认识我们目前来讲尚不全面，一方面，大部分科学家着眼于部分分子跨膜运输，膜分子信号识别等课题。另一方面，包括我在内的少部分科学家着眼于膜物理性质方面的研究。打一个比方，如果我们把细胞想象成一个足球，那么研究这个足球在运动中的各种受力变化便是我的课题，以及在外力作用下细胞膜，或者磷脂双分子层的受力分析的研究。如果能够在物理上理解这一机制，那么我们便有可能系统地研究细胞与外界接触的机理，而不是局限于某一细胞或者某一物质了。

　　记者：面对这一挑战，您在研究过程中的解决思路是什么？

　　黄尧奇：在我研究的初期，我采用了简单的受力分析法，即通过光学显微镜，并通过简单物理学方面的受力分析进行测量。但这种方法有很多的局限性。首先，它只能研究几个简单的受力模型，无法就更复杂的动态模型进行研究；其次，受力分析法需要对细胞膜的接触角进行测量，但接触角的测量往往有很大的误差。最重要的是，受力分析法只能测量细胞膜的平均受力，无法对局部时间细胞膜上的局部受力进行测量。

　　后来，在和同行的交流中，我慢慢地了解到有一种新型的荧光物质可以弥补这一缺陷。这种荧光物质可以紧密地和磷脂双分子层结合，当以磷脂双分子层为骨架的细胞膜受到外力作用的时候，荧光分子的分子结构便会改变，从而将受到外力的结果通过荧光的性质体现出来。通过荧光共聚焦的手段，不但避免了接触角的测量，而且还能观测到磷脂双分子层局部区域的受力情况。研究生毕业后，我成功地将这个成果发表在了国际一区期刊上（https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.092）。在后续的交流中，我和我团队的工作也得到了数位教授的肯定。

　　记者：通过荧光分子的引入，使得细胞力学的局部测量成为可能，您也算是做出了贡献，未来有什么规划吗？

　　黄尧奇：细胞力学的研究还有很多改进的空间。通过荧光力学我们可以测得局部的力学，那么这个局部的力学的精度能否提高？另外细胞或者细菌上有很多受体或者信号点位，那么信号点位的受力能否测量出来？再往远一步去想，细胞内部的细胞器也具有膜结构，那么这部分的细胞器上膜的力学测量能否实现等。我希望通过我的努力，我能够更加深入地了解，为这一方面的基础科学研究添一份力量。（杨柳）