细胞之间的化学通讯维持着组织的功能和系统的协调，但窃听这种对话极具挑战性。现在，研究人员开发了一种技术，可以在信号蛋白离开细胞之前对其进行识别。该方法可能有助于确定哪些细胞正在发送哪些信息——这是一种分析组织中混合群体中发生的相互作用的有用工具。一个可能的应用是揭示控制干细胞的线索——研究人员希望这种见解可以应用于修复受损组织。
该方法的目标蛋白质是从一个细胞分泌出来并协调附近细胞活动的蛋白质。一些信号指示细胞生长和繁殖；另一些信号“说”是时候死亡了。还有一些信号鼓励干细胞——它可以成熟为多种细胞类型——分化为特定的谱系。对于希望发现细胞如何相互响应及其环境的生物学家来说，理解细胞信号传导至关重要。特别是对于干细胞，研究人员仍在研究它们的确切工作原理——例如，来自干细胞的分子可以治愈周围组织。这些化学信号可能会促使缺失细胞再生、招募其他细胞到该部位或激活其他一些机制。
为了研究细胞，研究人员通常在实验室烧瓶和培养皿中培养它们。这些细胞需要富含蛋白质、糖和激素的培养基才能在体外存活。然而，培养液中的蛋白质会掩盖细胞在其自然环境（体内）中相互发送的信号。体内细胞信号更难分析——在任何组织中，都有许多不同类型的细胞发出各种分子对话的喧嚣。“我们不知道谁在说话，谁在倾听，”多伦多大学生物医学工程学教授彼得·赞德斯特拉说。
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研究细胞通讯的科学家通常通过在分析前将细胞放入无蛋白质培养基中几个小时来解决这种信噪比问题。但他们必须快速工作，因为这种程序会饿死并杀死它们。而且，那些存活足够长时间的细胞会发出改变的信号。
“这是经典的观察者效应，”北卡罗来纳州立大学罗利分校化学和生物分子工程助理教授巴拉吉·拉奥说。“通过去除[培养基中的]蛋白质，您已经影响了细胞生理学。”
拉奥和他的同事们偶然发现了一个概念上简单的解决方案，该方案基于生物学 101 中的一个基本事实：细胞首先在专门的内部结构中构建和包装蛋白质，然后再分泌它们。该团队与培养的人类胚胎干细胞和小鼠胚胎成纤维细胞（一种在组织中构建结构框架并对伤口愈合至关重要的细胞类型）合作，分离出负责组装蛋白质的细胞成分或细胞器。这些细胞器包括内质网、高尔基体和转运小泡等结构——后者本质上是将蛋白质从一个结构运送到另一个结构，然后运出细胞的袋子。然后，使用一种称为质谱仪的精密实验室工具，他们鉴定了分离的细胞器中的信号蛋白，从而获得了通常会释放到细胞外信息汤中的信号分子的快照。
该团队在Molecular & Cellular Proteomics杂志上在线描述了这项新技术，他们在 9 月 15 日在线发表的文章中通过将他们发现的蛋白质与已知的小鼠胚胎干细胞和成纤维细胞产生的分泌蛋白进行比较，验证了其结果。拉奥说，这项技术将有助于分析混合群体中的细胞，并跟踪细胞如何响应其环境的变化。
佐治亚理工学院生物医学工程副教授托德·麦克德维特（Todd McDevitt）说，解码干细胞发送和接收的分子线索可能是开发涉及这些细胞的新疗法的关键，他没有参与这项工作。例如，发现一种特定的蛋白质信号可以鼓励干细胞修复受损组织，可能会催生一种模仿该蛋白质并增强组织修复的药物。这种信号的混合物甚至可能消除移植干细胞来完成此类任务的需要。他说，这项技术将帮助研究人员进行导致此类发现的基础研究。“它可能是真正具有变革性的。”