打过这么多次针,你试过给细胞“打针”吗?

作者: 梅明亮

来源: 科学大院

发布日期: 2020-05-08

文章介绍了给细胞“打针”的技术,包括微操作仪的使用、针头的选择以及显微注射技术的应用,目的在于将难以透过细胞膜的物质递送到细胞内和作为人类的“眼”,点亮细胞,帮助了解细胞的生命过程。

长了这么大,谁没打过针呢?一点寒芒先到,“血光之灾”继生。人生病了,要打针。植物“生病”了,要打针。就连小小的细胞也逃不过“打针”的命运。桥豆麻袋…….细胞“打针”是咋回事儿?这等技术活,谁来操作?要知道,细胞的大小约在5-20 μm,只有头发丝直径的四分之一。给细胞“打针”,得用多小的针?退一万步讲,即使找到了这根针,谁能打这根针呢?

姑且不思量你看不看得见这根“针”,或是这个细胞(人裸眼明视距离25cm时,最小分辨约为30.5 μm)。假设给我们安装上钛合金doge眼,能够洞悉一切,明察秋毫,然后凭借着我行我上的迷之自信,抄起比头发丝细的多的多的注射器,瞅准细胞,嘿咻,一兴奋,一手抖,不是针亡,就是胞亡。看来这给细胞“打针”是个精细活,也是要命的活,一不小心,一个鲜活的细胞就一命呜呼。

因此,得给它找个合适的工具,微操作仪就是不二之选。所谓微操作仪,顾名思义,就是一种可以用来进行微型操作的仪器。它通过一系列机械的转换,将宏观的动作,转换成微观尺度下的移动,用它来代替人类的手,最合适不过。接下来,就要解决“看得见”的问题了。看不见细胞,看不见针,一切都只是空中楼阁。在这里,我们要感谢一下17世纪的列文虎克先生。

借助他所发明的显微镜,人类可以看到最小为0.2 μm的物品,在这个尺度下,细胞膨胀的像个史莱姆。终于准备好了!可是针呢?光学显微镜和微操作仪就是我们的眼睛和手,现在所欠缺的就是工具了。打针的材料是关键。现代医学用的针头,采用的是不锈钢金属,细长坚硬,对人体几乎没有副作用。对细胞而言,也应如此。因此,给细胞打针的针头应该是这样的:首先,得坚硬。

软绵绵的针头打在软绵绵的细胞身上,就会出现你进它退,你退它进的欲拒还迎之感,因此,这针必须要硬。其次,要有合适的尺寸。要知道细胞也就十来微米,要想给细胞打针,针头直径得小,但也不能太小,过细易折就是这个道理。目前比较安全的尺寸大概在0.1至0.2 μm之间。最后,得无毒。不能刚扎进去,细胞就含恨离世。综上所述,硅材料是个很不错的选择,作为地壳的主要成分,无毒,坚硬。

从加工的层面来看,技术成熟,随意拿捏。以湿法刻蚀得到的硅纳米线,尺径可调,长度可控,是目前最常用的细胞材料之一。细胞:为什么要打我?其实是想看你~现在万事具备,只欠东风,扎就对了。咦……等等,为什么要给细胞“打针”?让我们回到最初的起点,给细胞“打针”有什么特殊的意义呢?其目的之一,就是将难以透过细胞膜的物质递送到细胞内。

细胞吞噬物质并不是来者不拒的,这意味着一些药物与实验材料很难被输送到细胞体内。科研工作者很睿智地想到,能否像打针一样,将一些不容易进入到细胞的物质跨过细胞膜,注射入细胞体内呢?显微注射技术应运而生,并被广泛的应用于基因转染与体外受精等多个领域。细胞“打针”技术的目的之二,就是做人类的“眼”,点亮细胞。虽然在光学显微镜下,看得见这一群趴在表面皿上的细胞,但是细胞内部是什么样子,却是很难分辨的。

最大的问题就是看不见。即便是高端的光学显微镜,在分辨一些细胞器上仍显得吃力,更不用说一些蛋白质和DNA了。细胞内部纷繁复杂,仿若一个社会。驱动蛋白顶天立地,沿着细胞骨架,刻苦“搬砖”,像极了一个又一个的科研汪,承受着生活之重。核糖体孜孜不倦,将4进制编码翻译成多肽链。线粒体,财政部门,手握大权,控制着细胞内的“货币”——ATP。细胞核,政府部门,令行禁止。

细胞就是在物质与物质之间,细胞器与细胞器之间的相互合作,进行着各种各样的生命活动。看得见细胞内的各种物质,就能帮助我们了解细胞的各种生命过程。那么,怎么能把细胞点亮?给细胞“打针”,打的不是寂寞,是内窥镜。在2011年,Nanowire-based single-cell endoscopy一文中发展出了一种细胞内窥镜的设备,能够将可见光导入到细胞内,实现亚细胞区域的观察。

此后,借助荧光探针技术和电化学技术,一系列可以“看见”细胞内各种物质的内窥镜诞生了。正是这些给细胞打的“针”,啊,不,是细胞内窥镜,使我们看得见细胞的社会。看惯了人世间纷纷扰扰,去看看细胞的生活,还真有点刺激哈。

希望有一天,我能“葛优瘫”一样地躺在沙发上,翘着小腿,喝着小茶,听着小曲,对面墙壁上有一幅巨大的投影,正在播放着细胞们的社会——细胞内各种蛋白往来穿梭,忙忙碌碌,然后我便惬意地舒口气,“嗯,巴适~”

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