裝飾人類細胞表面的蛋白質執行著一系列的基本功能，包括細胞信號傳導、通訊以及將重要物質運輸進出細胞。它們是藥物遞送極其重要的靶點，許多的蛋白現在被確定為疾病的生物標記物，作為癌癥和其他疾病癥狀出現前的預警指示標。

盡管研究膜蛋白的結合特性是必要的，但想媳婦恩熙這些復雜的實體卻是非常棘手的。現在來自美國亞利桑那州立大學生物設計研究院生物電子學和生物傳感器中心主任、電子工程學教授陶農建開發了一種新技術可用于檢測膜蛋白的結合動力學。

陶農建表示：“這是一個非常重要但又很難解決的問題。我們證實一種新方法可解決這一問題，提供了對細胞表面上蛋白質互作的定量分析。”

這一稱作SPR顯微鏡的技術有可能簡化膜蛋白研究，從而線性化新藥的開發，協助鑒別診斷標記物，促進對于細胞-病原體相互作用的理解。

該研究小組的研究結果發表在本周的《自然化學》（Nature Chemistry.）網絡版上。

一般情況下，附著或嵌入細胞膜脂質雙分子層的蛋白質或是采用熒光標記物標記，或是從所在位置抽提、純化出它們，并固定到蛋白質芯片的玻璃表面上。這些努力或許都不能準確反映天然的構象和功能。

膜蛋白的結構復雜，它的精細性能往往與構象改變以及運作時特殊的結合動力學有關。現有采用熒光標記物的技術已被應用于精確定點結合事件，但這些只能允許在蛋白質結合前后可視化蛋白質，而遺漏了隨時間的動態過程演變。此外，利用熒光標記來標記蛋白質分子可能會干擾研究人員希望觀察的過程。

其他的，抽提、純化并將蛋白質附著到微陣列芯片上——這一從蛋白質天然環境中移動它們的勞動密集型過程，有可能會影響它們原位自然呈現的形狀或改變蛋白質的功能。

在當前的研究中，一種無標記成像技術原位應用于膜蛋白，采用一種稱為表面等離子諧振 ( Surface Plasmon Resonance,SPR )的特性來可視化膜蛋白。當偏振光碰撞覆蓋薄金屬黃金膜的載玻片表面時就會發生這一效應。在適當的波長、偏振和入射角條件下，金屬膜中的自由電子吸收入射光子，將它們轉換為等離子波，就像波在水中一樣傳送。

當包括膜蛋白在內納米級現象相互作用并破壞等離子波時，它們引起了可測量的光反射率改變，新的顯微鏡方法可將其轉換為圖像。

表面等離子諧振過去被用于抽提蛋白質研究結合動態，可是陶農建解釋說這需要許多的步驟，且蛋白質有可能喪失它們特有的構象特征。對于通常嵌入在細胞膜脂類基質中的蛋白質尤其是如此。

研究膜蛋白另一個重要的考慮因素就是它們會跨過膜表面混雜排列，在各種細胞活動中改變它們的分布。這種行為在稱作趨化作用的過程中尤其重要，這時細胞是在周圍環境化學物質影響下指導它們的運動。出于這一原因，允許實時從空間和時間上研究膜蛋白分布的工具是非常合乎需要的。

陶農建的方法采用表面等離子諧振提供高分辨率的空間和時間信息，也允許同時光學和熒光觀察樣本，結合了標記和飛鏢機方法兩者的優點。

高分辨率證實對觀察偏振膜蛋白自我重排的方式尤其有用。這一現象協助了周圍化學物質指導的細胞遷移，還在免疫識別過程中起重要作用。采用SPR顯微鏡，利用一種趨化劑誘導細胞遷移，趨化作用過程中單細胞膜蛋白的空間分布首次被詳細繪制。

研究的細胞直接在黃金覆蓋的玻片上培育，可同時經受明視野、熒光和SPR成像。包含結合配體的液體隨后用在細胞上，用SPR監控與細胞表面蛋白的結合事件。

這一技術允許對毫秒分辨短暫事件，亞微米級分析空間分布。在當前的研究中，該方法檢測了膜糖蛋白與凝集素配體的結合，膜受體分子的空間分布，以及膜蛋白偏振和再分布事件。

新方法的多用途使得可以光學、熒光和SPR模式同時成像，保證在天然狀態下顯著擴展膜蛋白研究，提高對蛋白結合動力學的認識，加速靶向膜蛋白藥物的開發。

陶農建強調這一技術更密切接近體內條件，提供了有用的窗口進入與健康和疾病相關的生物學過程。“來自人類不同組織的細胞是不同的，但至少我們能夠從一個載玻片表面系統移動到真實的細胞表面。”