了解蛋白质在单个人体细胞内部的行为方式可以告诉我们这些细胞是会存活、死亡还是功能失常——这些信息可以作为疾病的早期预警。但是，由于当今的分析方法需要数百到数千个细胞的最小样本，因此很难获得如此详细的信息。然而，现在，太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的研究人员开发了一种“分子显微镜”，用于检测和识别仅几个细胞（甚至单个细胞）样本中的蛋白质，并已使用它来区分病变组织和健康组织。
新设备可以分析比其他蛋白质识别技术所需的组织样本小 500 倍的样本。在一项测试中，科学家使用该工具检测到单个人肺细胞中约 650 种蛋白质。在另一项测试中，他们使用它来检查实验室培养皿中的少量人胰腺组织样本，以确定该组织是糖尿病还是健康组织。（病变的胰腺细胞会阻止胰岛素的产生，导致 I 型糖尿病。）研究人员还利用这项技术从少量健康的人脑、肺、肝脏和子宫细胞中识别出数千种蛋白质。他们希望这种方法将为疾病带来更有针对性和个性化的治疗。
前列腺癌细胞。图片来源：Science Source
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该系统首先在蚀刻在玻璃芯片表面的微小孔中收集组织样本。然后，一个机械臂将化学试剂（用于提取和分离蛋白质）的液滴分配到每个孔中。然后，科学家使用一种称为质谱仪的设备来识别蛋白质。
到目前为止，蛋白质识别技术只能提供较大样本的总体视图，而不能提供关于单个细胞或非常小的细胞簇中蛋白质的详细信息。“我们现在可以从干草堆中分离和分析单个针，而以前我们必须将针和干草堆一起分析，”化学家 Ryan Kelly 说。他和他的同事朱莹当时都在 PNNL 工作，他们共同撰写了今年夏天在Angewandte Chemie杂志上发表的研究报告。
使用如此小的样本进行工作的主要困难原因是，在每个处理步骤中都会损失一些材料。新系统通过使用最大限度地减少蛋白质可能粘附的表面积的孔来解决这个问题。马里兰大学化学家 David Goodlett 没有参与这项工作，他称之为令人兴奋的进步。他说，科学家们已经开发出了“解决这个问题的优雅方案”。
研究人员现在正在应用这项技术来识别在前列腺癌患者血液循环中的单个肿瘤细胞中的蛋白质。检测这些细胞中如此小的细节的能力可能有助于解释为什么一些不健康的组织会对药物产生抗药性。