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細胞運輸定身術 光照點穴阻病毒

清華分醫所特聘教授林玉俊(左)指導碩士生曾能杰(右)以光照控制線蟲定住不動。圖/清大提供
清華分醫所特聘教授林玉俊(左)指導碩士生曾能杰(右)以光照控制線蟲定住不動。圖/清大提供

聽健康

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人體細胞運作像一座城市,須透過精密運輸系統將各種物質送到正確位置。清華大學分子醫學所特聘教授林玉俊研究團隊最近研發一套「鉚釘系統」(RIVET),如同細胞運輸定身術,透過光照可在幾秒內讓細胞內特定的運輸泡泡像被「點穴」般瞬間暫停不動,此一突破可控制胰島素分泌、營養吸收、神經傳導、病毒入侵,為多種疾病的治療帶來新希望。

這項突破幫助科學家更深入了解生命的運作機制,登上頂尖期刊「先進科學」(Advanced Science)。清大指出,研究團隊在實驗動物身上驗證此技術,顯微鏡觀察原本不停蠕動的線蟲在被特定波長的藍光照射後,因細胞內負責傳遞神經訊息的突觸泡泡被暫停,一旦關閉光源,線蟲又恢復蠕動,顯示此技術可精準且可逆地控制神經系統的運作。

生命的運作須仰賴細胞運輸各種物質,林玉俊說,若要將這些物質正確地送往目的地,細胞會將要運送的營養、荷爾蒙等物質,用如同一個個小泡泡的細胞胞囊包覆起來,然後讓運動蛋白帶著這些泡泡沿著細胞「微管」,運送到正確的目的地。而開發的鉚釘系統,就如同車輛的急煞系統,可以在15秒內就讓運輸泡泡完全停下來。

林玉俊表示,過去研究細胞內的運輸系統時,要讓它暫停下來以便觀察,必須抽離或是抑制運輸泡泡的相關分子,需要3天時間,很沒效率。但研究團隊開發的鉚釘系統解決了這個問題,它以基改方式在特定的運輸泡泡及微管上產生不同的「生物膠水」,在特定波長的藍光照射下,泡泡與軌道就會像AB膠一樣黏合起來,暫停不動。

林玉俊說,控制細胞運輸系統除使用光照外,也可使用化學藥劑,但加藥後很難清除,無法隨意啟動和停止,相較之下,光照方式更理想。這項技術的發現其實來自一個意外。林玉俊指導分醫所碩士生陳筱奇做研究時,發現原本設計的對照組出現了不符合預期的現象,但研究團隊轉個念頭,反而將意外發揚光大。

「如果我們能隨意控制細胞,就不再有疾病,也不用吃藥。」林玉俊說,團隊在研發出鉚釘系統後,也應用在不少研究上,例如新冠肺炎病毒就是靠ACE2泡泡進入人體內,研究團隊已成功利用鉚釘系統關閉ACE2泡泡的運輸,來阻擋病毒入侵。

除了控制線蟲的細胞運輸,鉚釘系統也可以用來控制果蠅、老鼠等實驗動物。更重要的是,林玉俊團隊發現,老化也與細胞內運輸功能息息相關,如果能控制細胞運輸,將為老化相關疾病、病毒感染、神經疾病的治療帶來新的研究方向。

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