在纳米尺度上观察蛋白质为治疗神经退行性疾病提供了启示。许多影响大脑和神经系统的疾病都与细胞中蛋白质从液态凝结物形成聚合体或固态凝结物有关，但人们对这一过程知之甚少。

研究人员利用先进的光学技术研究了与神经退行性疾病相关的蛋白质聚集体的形成。通过分析一种与渐冻症有关的蛋白质，他们对蛋白质从液态到固态的转变有了前所未有的深入了解，从而揭示了阿尔茨海默氏症和渐冻症等疾病的真相。上图是显示蛋白质凝结相互作用的纳米扫描图像。资料来源：悉尼大学

【资料图】

这种液态到固态的转变会引发所谓的淀粉样纤维的形成。淀粉样纤维可在神经元中进一步形成斑块，导致神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症。

悉尼大学的生物医学工程师与剑桥大学和哈佛大学的科学家合作，现已开发出精密的光学技术，可近距离监测这些蛋白质聚集体的形成过程。

通过测试一种与肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）有关的蛋白质，悉尼大学的工程师们密切监测了这种蛋白质从液相到固相的转变过程。

三维共聚焦显微镜扫描培养 24 小时的 FUS 蛋白质凝结物，显示了这项研究揭示的特征性核壳结构。资料来源：悉尼大学

这项研究发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上，其主要作者沈怡博士说："这是从基础角度理解神经退行性疾病如何发展的巨大进步。"

生物医学工程学院高级讲师、悉尼大学纳米研究所成员 Daniele Vigolo 博士说："我们现在可以在纳米尺度（百万分之一米）上直接观察到这些关键蛋白质从液态向固态的转变。蛋白质在液-液相分离过程中经常会形成凝结物，这种凝结物广泛存在于关键和健康的生物功能中，例如人类胚胎的形成。这一过程有助于蛋白质浓度至关重要的生化反应，还能促进健康的蛋白质-蛋白质相互作用。"

Vigolo 和 沈的研究团队。资料来源：悉尼大学

沈博士是化学与生物分子工程学院（School of Chemical and Biomolecular Engineering）的 ARC DECRA Fellow，同时也是悉尼纳米研究中心（Sydney Nano）的成员。"这可能导致与神经退行性疾病相关的异常结构，因为蛋白质不再表现出快速还原成液态的能力。因此，监测凝结动态至关重要，因为它们会直接影响病理状态，"她说。

世界上首次对这一过程进行的纳米级光学观测使研究小组得以确定，从液态到固态蛋白质的转变始于蛋白质凝聚物的界面。这个相变窗口还揭示了这些蛋白质团聚体的内部结构是异质的，而以前人们认为它们是均质的。

Vigolo 博士说："我们的发现有望从根本上大大提高我们对神经退行性疾病的认识。这意味着一个充满希望的新研究领域，可以让我们更好地了解阿尔茨海默病和渐冻症是如何在大脑中发展的，这些疾病影响着全球数百万人。"