压缩细胞允许递送新的荧光标签以跟踪活细胞中的蛋白质

使用荧光标记(例如绿色荧光蛋白(GFP))标记蛋白质是目前追踪活细胞内特定分子的最佳方式。然而，虽然这种方法已经取得了许多重大发现，但GFP和类似的标签非常大，以至于它们可能会干扰标记蛋白的天然功能。

麻省理工学院开发的基于细胞挤压技术的新方法使研究人员能够提供体积小得多的荧光标签，使这种蛋白质成像更容易，更有效。2013年，麻省理工学院的研究小组证明，挤压细胞可以将多种分子(包括蛋白质，DNA，碳纳米管和量子点)输送到细胞中，而不会损坏细胞。

德国法兰克福歌德大学的研究人员与麻省理工学院的同事合作，现在已采用这种方法提供相对较小的荧光标签，可以针对特定的蛋白质。使用常规共聚焦显微镜或超分辨率显微镜，科学家可以随着时间的推移跟踪这些蛋白质，因为它们正常运行。

“这真的打开了观察活细胞中蛋白质相互作用的大门，”麻省理工学院科赫综合癌症研究所前博士后的Armon Sharei说。“蛋白质是细胞的基本组成部分并控制着它们的所有功能，因此能够最终在活细胞中观察它们，而不进行遗传修饰是令人兴奋的。”

Sharei是一篇描述Nature Communications技术的论文的作者。该论文的主要作者是歌德大学的研究生Alina Kollmannsperger，高级作者是歌德大学的Ralph Weineke和RobertTampé。麻省理工学院David H. Koch研究所教授R​​obert Langer和麻省理工学院化学工程系Warren K. Lewis教授Klavs Jensen也是作者。

“我们对这种细胞挤压方法的最新应用及其对蛋白质标记的影响感到非常兴奋，”兰格说，他是麻省理工学院科赫综合癌症研究所的成员。

快速交货

在2013年的研究中，麻省理工学院的研究小组表明，挤压细胞通过比细胞直径小30%至80%的收缩，导致细胞膜中出现微小的临时孔，使周围液体中的任何大分子进入。这些孔很快重新密封，细胞不会受到长期损害。

研究人员随后开始与歌德大学团队合作，利用这种技术用小荧光标签标记蛋白质，这些标签以前很难进入活细胞。歌德团队开发了一种名为trisNTA的标签，可与任何含有长串组氨酸分子的蛋白质结合(20种氨基酸中的一种，形成蛋白质的构建块)。

在这项研究中，研究人员首先使用基因工程将组氨酸序列连接到几种不同的蛋白质上，包括在细胞核中发现的蛋白质和另一种参与处理进入细胞的外来分子的蛋白质。然后，以每秒1百万个细胞的速率将细胞推过微流体通道，将其充分挤压以允许trisNTA标签进入。

到目前为止，科学家不得不使用蛋白质标签，例如庞大的GFP，可以在细胞的DNA中进行遗传编码，或者研究非生命细胞中的蛋白质，因为将其他荧光标签带入细胞的过程需要破坏细胞。膜。

“这项研究表明微流体细胞挤压与特定的化学标记一起可以被利用来将各种合成荧光团与细胞内蛋白质联系起来，具有特殊的特异性。我预见到这种方法的许多应用，我有很长的探针列表，我想瑞士洛桑联邦理工学院化学科学与工程教授Kai Johnsson说，他没有参与这项研究。

通过进一步的工作，包括开发针对其他蛋白质的新标签，该技术可以帮助科学家更多地了解蛋白质在活细胞内的功能。

“基本上，细胞中发生的一切都是由蛋白质介导的，”Sharei说。“你可以开始学习很多关于细胞是如何工作的基本生物学，它是如何分裂的，以及癌细胞是癌细胞的原因，只要有什么机制就会出错，以及蛋白质是由什么造成的。”

正常细胞行为

研究人员认为细胞挤压技术几乎适用于任何类型的细胞。到目前为止，他们已经成功地尝试了30多种不同类型的哺乳动物细胞。

另一个好处是，当细胞经历挤压过程时，它们表现出的基因没有变化。相反，当向细胞施加电流以使其更具渗透性时 - 通常用于递送DNA和RNA的技术 - 超过7,000个基因受到影响。

“我们可以假设压缩细胞可能会或多或少地表现正常，这在你试图研究这些过程时至关重要，”Sharei说。

一家名为SQZ生物技术，由麻省理工学院的研究，包括Sharei，兰格和詹森开始，已授权的电池挤压技术，现在用它来设计的免疫细胞，提高其攻击癌细胞的能力的细胞。