如何給細(xì)胞“打針”？

人生病了，打針；植物“生病”了，打針；就連小小的細(xì)胞也逃不過“打針”的命運(yùn)。那么，如何給細(xì)胞“打針”呢？

誰來操作

要知道，細(xì)胞的大小約在5-20μm，只有頭發(fā)絲直徑的四分之一。給細(xì)胞“打針”，得用多小的針？退一步講，即使找到了這根針，誰能打這根針呢？況且，給細(xì)胞“打針”是個(gè)精細(xì)活，也是要命的活，一不小心，一個(gè)鮮活的細(xì)胞就一命嗚呼。

因此，得給它找個(gè)合適的工具，微操作儀就是不二之選。所謂微操作儀，顧名思義，就是一種可以用來進(jìn)行微型操作的儀器。它通過一系列機(jī)械的轉(zhuǎn)換，將宏觀的動(dòng)作，轉(zhuǎn)換成微觀尺度下的移動(dòng)，用它來代替人類的手。

接下來，就要解決“看得見”的問題了。看不見細(xì)胞，看不見針，一切都只是空中樓閣。在這里，我們要感謝一下17世紀(jì)的列文虎克先生。借助他發(fā)明的顯微鏡，人類可以看到最小為0.2μm的物品，在這個(gè)尺度下，細(xì)胞膨脹的像個(gè)史萊姆。

用什么針

光學(xué)顯微鏡和微操作儀就是我們的眼睛和手，現(xiàn)在欠缺的就是工具了。打針的材料是關(guān)鍵。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)用的針頭，采用的是不銹鋼金屬，細(xì)長堅(jiān)硬，對人體幾乎沒有副作用。對細(xì)胞而言，也應(yīng)如此。因此，給細(xì)胞打針的針頭應(yīng)該是這樣的：

首先，得堅(jiān)硬。軟綿綿的針頭打在軟綿綿的細(xì)胞身上，就會(huì)出現(xiàn)你進(jìn)它退，因此，這針必須要硬。其次，要有合適的尺寸。要知道細(xì)胞也就十來微米，要想給細(xì)胞打針，針頭直徑得小，但也不能太小，過細(xì)易折就是這個(gè)道理。目前比較安全的尺寸大概在0.1至0.2μm之間。最后，得無毒。不能剛扎進(jìn)去，細(xì)胞就含恨離世。

綜上所述，硅材料是個(gè)很不錯(cuò)的選擇，作為地殼的主要成分，無毒，堅(jiān)硬。從加工的層面來看，技術(shù)成熟，隨意拿捏。以濕法刻蝕得到的硅納米線，尺徑可調(diào)，長度可控，是目前最常用的細(xì)胞材料之一。

為啥給細(xì)胞“打針”

讓我們回到最初的起點(diǎn)，給細(xì)胞“打針”有什么特殊的意義呢？其目的之一，就是將難以透過細(xì)胞膜的物質(zhì)遞送到細(xì)胞內(nèi)。細(xì)胞吞噬物質(zhì)并不是來者不拒的，這意味著一些藥物與實(shí)驗(yàn)材料很難被輸送到細(xì)胞體內(nèi)。科研工作者很睿智地想到，能否像打針一樣，將一些不容易進(jìn)入到細(xì)胞的物質(zhì)跨過細(xì)胞膜，注射入細(xì)胞體內(nèi)呢？顯微注射技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并被廣泛的應(yīng)用于基因轉(zhuǎn)染與體外受精等多個(gè)領(lǐng)域。不過，現(xiàn)在所講的重點(diǎn)并不是細(xì)胞顯微注射技術(shù)。

細(xì)胞“打針”技術(shù)的目的之二，就是做人類的“眼”，點(diǎn)亮細(xì)胞。雖然在光學(xué)顯微鏡下，看得見這一群趴在表面皿上的細(xì)胞，但是細(xì)胞內(nèi)部是什么樣子，卻是很難分辨的。最大的問題就是看不見。即便是高端的光學(xué)顯微鏡，在分辨一些細(xì)胞器上仍顯得吃力，更不用說一些蛋白質(zhì)和DNA了。

細(xì)胞內(nèi)部紛繁復(fù)雜，仿若一個(gè)社會(huì)。驅(qū)動(dòng)蛋白頂天立地，沿著細(xì)胞骨架，刻苦“搬磚”，像極了一個(gè)又一個(gè)的科研汪，承受著生活之重。核糖體孜孜不倦，將4進(jìn)制編碼翻譯成多肽鏈。線粒體，財(cái)政部門，手握大權(quán)，控制著細(xì)胞內(nèi)的“貨幣”——ATP。細(xì)胞核，政府部門，令行禁止。細(xì)胞就是在物質(zhì)與物質(zhì)之間，細(xì)胞器與細(xì)胞器之間的相互合作，進(jìn)行著各種各樣的生命活動(dòng)。看得見細(xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)，就能幫助我們了解細(xì)胞的各種生命過程。

如何點(diǎn)亮細(xì)胞

給細(xì)胞“打針”，打的不是別的，是內(nèi)窺鏡。2011年，Nanowire-based single-cell endoscopy一文中發(fā)展出了一種細(xì)胞內(nèi)窺鏡的設(shè)備，能夠?qū)⒖梢姽鈱?dǎo)入到細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞區(qū)域的觀察。此后，借助熒光探針技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)，一系列可以“看見”細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)的內(nèi)窺鏡誕生了。

2 0 1 8年，A d v a n c e d . Biosystems上發(fā)表了一種可以看見細(xì)胞內(nèi)次氯酸含量的細(xì)胞內(nèi)窺鏡，借助微操作儀，將特殊制備的硅納米線扎入細(xì)胞內(nèi)，就能夠檢測細(xì)胞內(nèi)任意位置的次氯酸（細(xì)胞內(nèi)重要的活性氧物質(zhì)，與消除細(xì)胞內(nèi)病原體有關(guān)）濃度（硅納米線的亮度與濃度相關(guān)），指哪兒看哪兒。

2019年，JACS上發(fā)表了一種可以看見細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)NADH（又稱還原性輔酶I，與ATP的合成相關(guān)）的技術(shù)，采用電化學(xué)手段，可以實(shí)時(shí)觀察到細(xì)胞內(nèi)NADH濃度的變化。正是這些給細(xì)胞打的“針”，使我們看得見細(xì)胞的社會(huì)。