清大研发「细胞定身术」 运用光照控制细胞运输阻病毒入侵

清华分医所特聘教授林玉俊(中)带领研究助理陈筱奇(右)、硕士生曾能杰(左),开发细胞运输定身术「铆钉系统」。(清大提供/王惠慧新竹传真)

清华大学分子医学所特聘教授林玉俊研究团队,研发出「铆钉系统」(RIVET),如同细胞运输定身术,只要透过光照,可在几秒钟内让细胞内特定的运输泡泡如同被「点穴」一样瞬间暂停不动,这项突破帮助科学家更深入了解生命的运作机制,登上了顶尖期刊《先进科学》。

清大指出,人体细胞的运作方式就像一座城市,必须透过精密的运输系统,将各种物质送到正确的位置。但由于运输的速度太快,也为研究它的科学家制造了很大的难题。

林玉俊指出,过去研究细胞内的运输系统时,要让它暂停下来以便观察,必须抽离或是抑制运输泡泡的相关分子,需要3天的时间,很没效率。但研究团队开发的铆钉系统解决了这个问题,它以基改方式在特定的运输泡泡及微管上产生不同的「生物胶水」,在特定波长的蓝光照射下,泡泡与轨道就会像AB胶一样黏合起来,暂停不动。

研究团队进一步在实验动物身上验证,从显微镜中可以观察到,原本不停蠕动的线虫在被特定波长的蓝光照射后,因细胞内负责传递神经讯息的突触泡泡被暂停如同细胞运输定身术,只要透过光照,就可以在几秒钟内让细胞内特定的运输泡泡如同被「点穴」一样瞬间暂停不动。

一旦关闭光源,线虫又如解除咒语一样恢复蠕动,显示这项技术可以精准且可逆地控制神经系统的运作。这项突破让科学家更深入了解生命的运作机制,也可以控制胰岛素的分泌、营养吸收、神经传导、甚至病毒入侵,为多种疾病治疗带来新希望,登上了顶尖期刊《先进科学》。

「如果我们能随意控制细胞,就不再有疾病,也不用吃药,」林玉俊团队在研发出铆钉系统后,也应用在不少研究上。例如新冠肺炎病毒就是靠ACE2泡泡进入人体内,林研究团队已成功利用铆钉系统关闭ACE2泡泡的运输,来阻挡病毒入侵。

除了控制线虫的细胞运输,铆钉系统也可以用来控制果蝇、老鼠等实验动物。更重要的是,团队发现,老化也与细胞内运输功能息息相关,如果能控制细胞运输,将为老化相关疾病、病毒感染、神经疾病的治疗带来新的研究方向。