每個人的體內都擁有大量的內質網(endoplasmic reticulum),這種網狀結構幾乎是所有細胞的重要組成部分,涉及到身體各個重要的功能。內質網是一種細胞,是在細胞內的特殊亞基,構成一個從細胞膜延伸至細胞核的互通網絡。它的正常運作對生命至關重要。多年來,科學家一直推測內質網可能具備感知外界刺激的能力,使我們能夠在生活上聽到聲音、觸摸物件,從而探索身邊的事物。
然而,研究人員一直無法證實內質網本身是否具感知力量的功能。中大生物醫學工程系副教授段麗婷表示:「內質網具感知能力的主要障礙在於缺乏實用工具,使他們能夠直接向特定活細胞內的細胞器發送機械訊號。」
段教授表示:「內質網網絡深入細胞內,並在物理上與各種細胞成分相連,迄今為止都沒有能於內質網施加力量的工具,所以這並不令人意外。目前所有方法都無法準確地將力量施加於內質網而不影響其他細胞結構。在缺乏合適工具的情況下,很難確定內質網對外部力量的反應是直接感知的結果還是其他結構受到擾動所致。」
由段教授領導的中大研究團隊發明的光誘導內質網力刺激器(LIMER)為問題提供答案。LIMER利用光源刺激內質網,所需的有效光源幾乎可以是任何藍光,例如一般LED藍光,其波長為450nm或490nm、強度為1mW/cm²,持續時間為100毫秒。這一光強度非常微小,大約為陽光中藍光部分的10%強度。這種光可以訓練力分子或分子馬達對光作出反應,從而在不影響細胞其他部分的情況下,激活細胞內的動力蛋白並引導其至內質網。
研究顯示,當光照射到內質網時,內質網會在幾秒內釋放鈣離子。這發現非常重要,因為它顯示內質網具備所謂的力量感知及反應能力,即能夠感受到外力並作出相應反應。研究結果已於生物學領先期刊《發育細胞》發表。
鈣離子在細胞內具多個重要功能。鈣的耗竭與許多神經退化性疾病有關,包括柏金遜症和阿茲海默症。段教授說:「鈣是一個關鍵元素,對細胞的存活和死亡有重要影響,並幾乎調節著所有生理活動。」
透過了解內質網的功能,尤其是其對鈣離子釋放的調節,可能有助開發針對各種疾病的標靶治療。透過LIMER技術研究內質網的機械生物學及機械訊號如何調節鈣穩態和其他內質網功能,能更詳細了解細胞外物理環境變化與相關疾病的發病機制的關係。
她續說:「進一步研究內質網的機械生物學及其在相關疾病發病機制中的作用,無疑是我們未來主要的研究方向之一。」