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PNAS:让细胞随光迁移

2013.4.10

  华盛顿大学医学院的一项新研究显示,科学家们能够通过一束激光来控制细胞移动,文章于四月八日发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。他们还希望能够在此基础上,用光控制胰岛素分泌和心律。

  “我们成功用光作为控制细胞行为的开关,”N. Gautam教授说。“细胞的行为方式大多取决于它们感知环境信号的能力。而在我们的实验中,细胞感知的是光。”

  在这项研究中,科学家们向免疫细胞引入了一个光敏蛋白,然后通过激光照射来进行指挥,成功使这些免疫细胞朝着激光照射的方向迁移。

  “天然过程中,激活细胞表面信号区域的受体会启动免疫细胞的迁移,”Gautam说。“当免疫细胞通过受体感知细菌感染或炎症时,就会向这些位点移动。”

  研究人员通过基因工程技术,将光敏蛋白opsin引入免疫细胞。opsin蛋白存在于人类和其他动物的眼部,当这些蛋白被光激活时,会使眼部细胞将光信号转换为视觉。

  Gautam和文章的第一作者Ajith Karunarathne博士,向免疫细胞引入了几种不同的opsin蛋白,让细胞将opsin视为正常的受体蛋白。研究显示,这些细胞的确会受到光的吸引。随后他们又在神经细胞中进行了同样的实验。

  被引入免疫细胞和神经细胞的光敏蛋白opsin属于G蛋白偶联受体家族,这一家族近来颇受关注,相关研究还获得了去年的诺贝尔化学奖。在视觉、嗅觉、行为、情绪、免疫系统调节、心律和一些肿瘤扩散中,上述受体都起着关键性的作用。

  Gautam的团队此前还在PNAS杂志上发表了另一项研究,他们让神经细胞在光照情况下长出轴突neurite。现在,研究人员正在用心肌细胞进行实验,希望通过光信号加速或减慢心脏细胞搏动的速率。

  “我们希望向这些细胞引入多种光敏蛋白,”Karunarathne说。“例如可以使用两种波长的光,第一种光让心脏跳动得更快,而第二种光让心脏的速率减慢。”

  研究人员还计划通过这一策略,用光控制胰岛素分泌和神经细胞再生,并探寻相关分子通路的网络是如何控制细胞行为的。

  “我们的研究很有价值,”Gautam说。“细胞迁移对于免疫系统很重要,此外也与胚胎发育和癌转移密切相关。在胚胎发育中,形成心脏、肝脏等器官的细胞需要迁移到正确位置。而肿瘤释放的细胞会通过迁移到达机体的其他部位。因此,能够用光控制细胞迁移让我们非常兴奋。”

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