【中国日报网企业▪家】苏夫拉・沙瑞西借用了物理学工具，试图在纳米尺度来研究病变细胞。

　　约翰·米尔斯不停调节着显微镜，但他并没有直接从目镜处观察，而是盯着一台笔 记本电脑的屏幕，上面正显示着一个球体的图像。笔记本电脑和显微镜之间存在视频连接，米尔斯通过视频观察到有液体正在流过球体，实际上这个球体是一个微型 硅珠。几秒钟之后，有一个类似中间内凹的甜甜圈一样的物体出现在屏幕上。其实，这是一个血红细胞。米尔斯快速调节显微镜的旋钮，直到微型硅珠“捕捉”到红 细胞。接着，他又调节旋钮，屏幕上出现了第二个硅珠，也在向着红细胞靠近。这时，米尔斯缓慢调整这两个被蛋白质包裹的硅珠，由于硅珠的蛋白质涂层可与血细 胞粘连，因此硅珠的运动牵连着细胞伸展，形成一个类似雪茄的形状。

　　米尔斯正在麻省理工学院攻读材料科学与工程博士学位。他和导师， 苏夫拉·沙瑞西一起研究可能是世界上最强大的光学镊子，这是他博士课题工作的一部分。光学镊子起源于20世纪八十年代中期，这种技术利用光来控制微小物体 的运动。在上述研究例子中，米尔斯就是利用了一对激光光源来控制那两个硅珠的运动。米尔斯通过将微粒作为“把手”，就像之前提到的光学镊子一般，多次对血 红细胞施加高达500微牛顿的力，从而测试细胞壁的伸缩性能。

　　借助这种超敏感工具来测量细胞的物理特性，例如硬度，“可以让我们从 一种前所未有的角度进行研究”，沙瑞西，这位麻省理工学院材料科学与工程的教授这样说道。例如，沙瑞西和他的研究团队利用光学镊子对正常血红细胞施力，再 对感染了疟疾病原的细胞施加相似的力，然后比较这两种细胞的反应。通过精细研究疟疾如何改变正常细胞的物理特性，沙瑞西希望能够找到针对疟疾的更好的治疗 手段，甚至是预防手段。

　　对沙瑞西而言，研究生物的这些物理特性是一个相对较新的领域。身为一名材料科学家，他大部分职业生涯都是在 研究所用材料的结构特性，比如说涂层或者薄膜。2004年四月在法国度假时，他在巴黎一所著名的理工学院演讲。当时，他在餐厅偶遇了一位在法国巴斯的研究 所从事生物学研究的教授。这位教授邀请沙瑞西去他所在的研究所介绍自己的研究工作。

　　研究所的生物学家们对沙瑞西的工作表现出了极大的兴趣。他们从未使用过像光学镊子这样的精细工具，而这些在沙瑞尔的研究领域则相当常见。这些生物学家们认为沙瑞尔的专业知识、实验技巧和计算建模方法能够帮助他们更好的研究病变细胞运输的物理特征变化。

　　失眠困扰

　　虽 然攻击血红细胞的虐疾病原是世界上最致命的疾病之一，科学家们仍然对其致病机理知之甚少。科学家们已经研究得知，疟疾病原会使血红细胞变硬，从而引起红细 胞凝结，并与血管壁粘连。但沙瑞西的研究工作会提供更为精确的研究，能够用于分析血红细胞变硬的程度。现有研究表明，受感染的细胞的细胞壁会比正常细胞变 硬大约三倍，但沙瑞西的研究显示，事实上会高达十倍。

　　疟疾病原在48小时内成熟。沙瑞西想弄清楚随着病原成熟，受感染的血红细胞的 硬度变化的具体情况。在这一时间尺度下的实验目前是几乎不可能实现的。沙瑞西和他的同事们之前所使用的光学镊子需要1小时左右的时间才能捕捉到单个血细 胞，处理所采集到的数据又要花费数小时。利用改进后的光学镊子，米尔斯可以在数秒内就能捕捉到单个细胞，同时优化后的建模软件可以实现实时数据分析。生物 学家们设计了一系列实验用于研究受疟疾病原感染的细胞对特定蛋白的反应。光学镊子技术的提高使得这一系列实验的进行成为可能。

　　沙瑞 西团队研究的第一种蛋白是环状体感染红细胞表面抗原(Ring-infected Erythrocyte Surface Antigen，RESA)蛋白，这是由疟疾病原介导进入受感染细胞的一种蛋白质，它会对细胞膜造成影响。沙瑞西和他在法国巴斯研究所以及新加坡国立大学 的合作研究者们想要弄清楚，在病原发展的不同阶段，细胞伸缩性的变化情况。研究者们希望知道这种蛋白是否是治疗或者预防疟疾病原的有效靶点。

　　为 了研究RESA蛋白在疟疾感染中所起到的作用，米尔斯选取了RESA蛋白失效的受感染细胞，然后测量在病原的48小时生命周期内不同时间点的细胞伸缩性。 同时，作为对照组，他还测量了蛋白未失效的受感染细胞。对比结果将显示，在病原发展的不同阶段RESA蛋白失活是否会对细胞结构造成影响。

　　光 学镊子的搭建需要三十分钟，其中包括一系列校准，目的是确保激光光源所施加的力够微弱，而且满足纳米尺度实验的精度要求。“最让我不爽的是病原完全不需要 休息”米尔斯抱怨说，为了测量不同感染周期的细胞伸缩性他不得不熬夜。测量内容包括打开功率为10瓦特的激光器，将激光对焦到微珠上，然后捕捉红细胞。之 后又要花费半个小时对细胞施加不同程度的力。测量结果会以数据和视频的形式传输到他的计算机。

　　粘连困难

　　沙瑞西看回计算机屏幕，上面显示米尔斯又捕捉到了另外一个细胞。但是红细胞容易聚集。病原在红细胞表面形成一个“突起”，让它能更容易粘连到健康细胞上，因此常常引起血管内凝结。这样的血管凝块会引起严重的体内损伤，甚至导致死亡。

　　“我们认为，测量两个细胞之间的粘连力已经实现了，这种粘连力在疾病的发展过程中有着重要作用”，沙瑞西解释说。“据我们所知，目前还没有人对这种粘连力进行量化。“沙瑞西希望借助粘连力问题的研究，能够有助于寻找治疗疟疾，解决被破坏的血流问题。

　　尽管沙瑞西对自己所正在进行的生物学工作非常激动，但也非常慎重。生物细胞物理特性的纳米尺度测量研究尚在起步阶段，他说“我们才刚刚开始，至少需要五年时间才能知道我们到底应该如何推进。我们仍然需要先理解科学原理，才能研究出可能的治疗手段。”

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