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新研究:人類細胞內,發現一種前所未見的結構

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大家好,我是魅力科學君,今天我們要聊的話題是,根據一項近日發表在《自然·通訊》上的新研究,科學家在人類細胞內,發現一種前所未見的結構。下面我們來看看這具體是怎么回事。

根據介紹,由于細胞非常小,因此我們需要用到電子顯微鏡來對其進行觀察,但電子顯微鏡卻有一個特殊的要求,那就是它需要在真空環境下工作,否則的話,電子束會被空氣分子散射,進而導致成像模糊。



然而細胞的主要成分是水,一旦把它們放進真空環境,細胞里的水分會在極短的時間內“爆炸式”蒸發,整個細胞結構就會像被抽干了水的海綿一樣,塌陷、變形,變得面目全非,如此一來,就讓我們很難觀察到其內部的精細結構。

多年來,科學家們想了很多辦法來固定樣本,比如用化學藥劑處理,或者用樹脂包埋,這些方法雖然能保住大概的形狀,但或多或少都會對細胞的精細結構造成破壞,很多細節都看不清楚。

而此次研究,則采用了一種被稱為“低溫電子斷層掃描”的技術,有效地解決了這個難題。

其原理簡單來講就是,先把細胞樣本在幾毫秒的時間內,迅速冷卻到零下196攝氏度左右,在這種極端的冷卻速度下,細胞里的水來不及形成會刺破結構的“冰晶”,就被瞬間“定格”成一種類似玻璃的非晶體狀態,進而使其結構得到更為完整的保存。



在此之后,科學家會從數百個不同角度,用電子束為這個被“凍住”的細胞進行“拍照”,得到一系列二維圖像,最后,利用計算機將這些二維照片“拼”起來,就可以重建出一個清晰的三維立體模型。

正是通過這種技術,科學家在人類細胞內,發現一種前所未見的結構,并將其命名為“半融合體”(Hemifusome)。

簡單來講,在人類細胞內,充滿了很多被稱為“囊泡”(Vesicles)的微小膜泡結構,你可以把它們想象成細胞內部的“小貨車”,日夜不停地運送著蛋白質、營養物質和細胞垃圾。



而“半融合體”就像一個對接裝置,將兩個獨立的囊泡對接在一起,這種對接非常巧妙,它不是讓兩個囊泡直接撞在一起然后合并成一個,而是在它們之間形成了一個受控的“裝卸平臺”。

通過這個“平臺”,一個囊泡里的特定“貨物”就可以被精準地轉移到另一個囊泡里,而兩個囊泡本身則保持獨立。

那么,“半融合體”能起到什么作用呢?科學家認為,它可能為細胞提供了一種高效且精準的物質分揀和轉運方式。



想象一下,一個囊泡A里裝著十幾種不同的蛋白質,但它只需要把其中一種特定的蛋白質交給囊泡B,如果采用“全融合”,那囊泡A里面所有的東西都會稀釋到囊泡B里去,這顯然很浪費,也可能造成混亂。

但通過“半融合體”這個“裝卸平臺”,細胞就可以通過某種精密的調控,只把需要的那一種蛋白質從A“卸貨”,再“裝載”到B上,而其他無關的“貨物”則原地不動,這樣一來,是不是就更加高效且精準了呢?



那么,這種結構的發現,跟我們普通人有什么關系呢?其實關系可能很大。

需要知道的是,我們人類身體的健康,歸根結底,取決于每一個細胞是否健康,而細胞的健康,又高度依賴于其內部各種“后勤系統”的正常運轉,一旦細胞的物質分揀和轉運方式出了問題,各種疾病就可能找上門來。

相關研究表明,許多困擾人類的復雜疾病(例如神經退行性疾病、溶酶體貯積癥、免疫系統疾病等等),其根源都能追溯到細胞內部的物質運輸和處理障礙,而此次發現的“半融合體”,正好與之密切相關。

所以這種結構的發現,除了為我們理解細胞的運作方式打開了一扇新的窗口之外,也為我們對抗相關的疾病帶來了新的希望。期待在未來的日子,科學家能有更多的發現,進而推動生命科學向更深層次發展,為人類健康事業注入持續的動力。

參考資料:Hemifusomes and interacting proteolipid nanodroplets mediate multi-vesicular body formation,Nature Communications volume 16, Article number: 4609 (2025)

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