在一项有朝一日可能导致阿尔茨海默氏病和帕金森氏病等神经退行性疾病治疗进展的研究中，来自美国密歇根大学和瑞士弗里堡大学的研究人员开发了一种新技术，可以精确测量漂浮在液体中的单个蛋白质分子的属性。相关研究成果于2017年1月19日在线发表在《自然纳米技术》杂志上，标题为“使用纳米孔对单个蛋白质进行实时形状近似和指纹识别”。
蛋白质对每个细胞的功能都是必不可少的。测量它们在血液和其他体液中的特性可能会揭示有价值的信息，因为它们是人体的重要组成部分。身体产生各种复杂的蛋白质，这些蛋白质可以在细胞之间传递信息，携带氧气并执行其他重要功能。
然而，蛋白质有时不能正常形成。科学家认为，某些类型的异常蛋白质(称为淀粉样蛋白)可以在大脑中聚集在一起，形成肿块。这些粘稠的缠结阻碍了正常的细胞功能，导致脑细胞退化和疾病。
然而，淀粉样蛋白形成和聚集的过程仍然没有得到很好的理解。这部分是因为目前没有研究这些过程的好方法。研究人员表示，目前的方法昂贵、耗时、难以理解，并且只能大致提供患者体内淀粉样蛋白的总体水平。
开发这项新技术的研究人员认为，通过测量单个分子的形状、体积、电荷、转速以及与其他分子结合的趋势，可能有助于解决这一问题。
他们将这项技术称为“5-D指纹”，认为它可能能够揭示新的信息，有一天可能有助于医生跟踪神经退行性疾病患者的状态，甚至开发新的疗法。
该论文的合著者、密歇根大学生物医学工程教授大卫塞普(David Sept)说，“想象一下，仅仅根据一个人的身高和体重来识别他所面临的挑战。这是我们使用当前技术时面临的挑战。想象一下，使用其他描述性特征，如性别、头发颜色和穿的衣服，会有多容易。这是5D指纹提供的新型信息，使识别特定蛋白质变得更容易。”
论文作者、弗里堡大学阿道夫-默克尔研究所生物物理学教授迈克尔迈耶表示，识别单一蛋白质可能有助于医生更好地监测患者的疾病状态，也可能有助于人们更好地理解淀粉样蛋白如何准确地参与神经退行性疾病。
为了进行详细的测量，研究人员使用了10 ~ 30纳米宽的纳米孔，这些孔非常小，一次只能有一个蛋白质分子通过。研究人员用盐溶液填充纳米孔，然后向溶液施加电流。
当一个蛋白质分子通过这个纳米孔时，它的运动会引起电流的微小波动。通过仔细测量这种电流，研究人员能够确定这种蛋白质独特的5D特征，并几乎立即识别它。迈尔说，“淀粉样蛋白分子不仅大小差异很大，而且往往会聚集在一起形成团块，这更难研究。由于这项新技术可以逐个分析每个颗粒，因此它为我们提供了一个更好的窗口来研究淀粉样蛋白在体内的行为。”
最后，研究人员希望开发一种设备，使医生和科学家能够快速测量血液或其他体液样本中的蛋白质。这个目标可能需要几年才能实现；与此同时，他们正试图提高这项技术的准确性，并对其进行优化，以更好地近似每个蛋白质的形状。他们认为，在未来，这项技术也可能被用于测量与心脏病相关的蛋白质，也可能有许多其他应用。
Sept说，“我认为这些可能的应用非常多。可以检测抗体、高分子量激素，甚至病原体。为了观察它们的均匀性，描述人工合成的纳米颗粒也可能是方便的。”
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