Science Daily — 研究人員在偵測活體細胞電性偵測上取得了一大突破。這個工作讓他們得以看見活體細胞的「心跳」並因此可以發展出藥物測試的新方法。
圖1. An optical microscope image of a yeast cell (the round feature to the right) on top of the micron-sized detector used in the studies. The image is blurred because the cell is so small that large magnification is required in order to obtain the image. (Credit: Image courtesy of Engineering and Physical Sciences Research Council)
為了生存，每個生物細胞個體們都必須要仰賴帶電荷粒子的傳輸，而這個粒子就稱為 “離子”，這些離子可以在細胞膜之間橫跨。當出現這個流動現象時，都會伴隨著電流的發生，理論上，只要你使用夠靈敏的儀器，那麼這些電流是可以被偵測到的。只要能辨識這些電子活性，那麼就可以為每種細胞提供「細胞心電圖」，如此便可以知道細胞每天活動的日記，並且可以透過像是監看人體心電圖方法般的去監測細胞。
這個研究的經費來源是由英國工程暨物理科學研究委員會（Engineering and Physical Sciences Research Council，簡稱 EPSRC）所提供，而由英國曼徹斯特大學（Manchester University）的 Andre Geim 教授以及他的團隊所主導。他們的團隊創先的發展出了監測「細胞心跳」的方法。
「一旦我們知道細胞內平均電子活性的分佈，那麼我們就可以去知道不同藥物對於細胞的影響。」Geim 教授這樣說到。這將提供人們或是動物在使用藥物之前一個更安全的保障。此外，電子活性的測試也可以用來監測自然環境中因微生物所造成的污染影響。
為了檢測細胞正常的活性，Andre Geim 以及其他研究人員們改裝了一個原先用來偵測微弱磁場的超導體。可惜的是，改裝完之後該儀器的靈敏度也被犧牲掉了，因此，連酵母菌細胞的正常活性都偵測不到。不過這已是第一次有人將這樣的技術應用在活體細胞上。
不過研究人員並不因此氣餒，正所謂失敗為成功之母。他們選用了一種常在派對上出現的東西：酒精！「我們加入乙醇 － 好吧！其實是伏特加酒 － 希望藉此好讓細胞會有所反應。乙醇是目前已知可以促進細胞膜通透性的物質，因此我們希望可以藉著加入酒精來偵測到一些訊號。」說這話的是 Irina Barbolina 博士，他是進行這項實驗的負責人。
竟然有反應了。就在酵母菌 “喝了” 伏特加酒之後，探針記錄到了電流的訊號。這是一個醉漢的打嗝聲嗎？「說不定這是這個奄奄一息的細胞所發出的哀嚎！」Geim 教授笑著說。研究人員加入了太多的酒精，所以毒殺了細胞了。
圖2. Manchester researchers detected the last gasps of a dying yeast cell as a few spikes of electrical activity, using a kind of miniature cardiogram detector developed at the university. In this artist’s impression, the yeast signal is shown as a blue line superimposed next to human cardiograms. The size of the yeast signal is magnified for illustrative purposes only and should not be compared with the human signal.
雖然他們並沒有記錄到預期般的 “心電圖”，不過從活體細胞中確實有最微小的電子訊號被偵測到，不過這個訊號比先前偵測到的任何一個訊號都還要小一百倍。這大概是只有 10 個移動的電子所產生的電流。但這已經給了研究團隊一個信心，因為可以用來偵測細胞心跳的靈敏設備是可以被開發出來的。
「對於如何提升偵測器在水中的靈敏度我們已經有了一些想法，下一回我們將使用一些活性更高的微生物，如阿米巴變形蟲。酵母菌這種微生物實在是太弱了些，而且也無法產生足夠的活性。」Geim 教授這樣說到。「也許，最重要的成果是我們已經確定了一些重要的目標。細胞心電圖再也不能被視為荒唐的無稽之談，」
圖3. 酵母菌（圖片來源：http://www.zeiss.com/C12567BE0045ACF1/ContentsWWWIntern/766C20FD776ADDE5C12570350038BAFE
「在物理學家的眼中，生命可以視為一種離子的動作，即使是生命中最原始的的形式 ─ 如酵母菌 ─ 在其自身中也都會出現電流。我想大家對於能看到每個個體細胞的心電圖都是相當好奇才是。」Andre Geim 這樣說到。
在我們日常生活中已經有許多的醫療儀器是透過偵測人體電子活性來設計。比如說心電圖（electrocardiogram）以及腦波儀（electroencephalogram）用的就是這類技術。在大腦中，當神經元在運作時，可以產生相對高的伏特電流，因此讓我們可以監測腦部的活動。
※ 超導體是一種物質，當溫度降低到一定程度時，其電阻會變為零。因此他們透過修改這個儀器來取代原先的超導體設備，因為酵母菌細胞不可能在這麼低的溫度下生存，因此他們必須要讓這個超導設備能在室溫下運作。此外，由於酵母菌也必須要靠水的存在來維持生命，因此研究人員還得進一步的修改他們的儀器，好讓儀器能夠在浸泡液體之下還能工作。
Note: This story has been adapted from a news release issued by Engineering and Physical Sciences Research Council.
原始報導：
1. ScienceDaily：New Study Of Living Cells Could Revolutionize The Way We Test Drugs
2. http://www.epsrc.ac.uk/PressReleases/StudyLivingCellsRevolutioniseWayTestDrugs.htm
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