在每个活细胞内，都有一种叫做无膜细胞器的微小结构。这些微小的强者用化学来暗示细胞的内在运作 - 运动，分裂甚至自我毁灭。

普林斯顿大学的工程师和圣路易斯的华盛顿大学之间的合作开发了一种观察这些极其重要的细胞器的内部运作和材料结构的新方法。该研究发表在“自然化学”杂志上，可以引发一系列新的科学应用，以及对癌症，亨廷顿舞蹈和肌萎缩侧索硬化等疾病的更好理解。

华盛顿大学工程与应用科学学院的Edwin H. Murty工程学教授Rohit Pappu说：“它们就像小水滴一样：流动，它们具有液体的所有特性，类似于雨滴。”“然而，这些液滴由与RNA(核糖核酸)分子结合在一起的蛋白质组成。”

过去，由于体积小，因此难以窥视细胞器。普林斯顿大学工程与应用科学学院化学与生物工程副教授Clifford Brangwynne及其合作者开发了一种新技术 - 称为超快扫描荧光相关光谱或usFCS - 以获得对其内部浓度的近距离评估。无膜细胞器的传真孔隙率。该方法使用声波来控制显微镜的移动能力，然后在无膜细胞器内获得无校准的浓度测量。

在他们的研究中，Brangwynne和他的团队，包括博士后研究人员Ming-Tzo Wei和Shana Elbaum-Garfinkle，使用了从蛔虫中取出的细胞。使用usFCS，他们能够测量由特定蛋白质LAF-1形成的细胞器内的蛋白质浓度。该蛋白质负责产生p-颗粒，p-颗粒是负责在分裂前使细胞极化的蛋白质组装体。一旦普林斯顿的研究人员能够清楚地窥视细胞器并观察LAF-1，他们发现了他们的惊讶。

“我们发现，这些是非常低密度，可渗透的结构，而不是密集的液滴，”Brangwynne说。“这不是预期的结果。”

就在那时，华盛顿大学的Pappu和他的研究生助理Alex Holehouse试图理解普林斯顿大学的惊人发现。Pappu的实验室专注于聚合物物理和无膜细胞器的建模。

“我们基本上可以在细胞器内游泳，以确定实际可用的空间。虽然我们期望看到一个拥挤的游泳池，但我们找到了一个有足够空间和水的游泳池。我们开始意识到这些水滴并非都是一样的，“Pappu说。

在LAF-1细胞器的情况下，研究人员发现超稀释液滴的形成源于在这些蛋白质序列的固有无序区域中编码的信息。该序列的特征确保这种蛋白质是一种高度松弛的分子，就像煮熟的意大利面，缺乏折叠成特定的，明确定义的结构的能力。相反，在由不同蛋白质形成的其他细胞器中，材料特性更像牙膏或番茄酱。Brangwynne和Pappu正在继续合作，弄清楚不同的蛋白质序列如何编码形成具有非常不同材料特性的液滴的能力。

“机械细胞生物学的工程应用和变革正在爆炸式增长。随着我们更多地了解这些细胞器的基础以及它们的氨基酸序列如何决定材料特性和功能，这些进步将是可获得的，“Pappu说。“这些细胞器正在细胞内做出非凡的事情，一个非常巧妙的问题是：我们怎样才能模仿它们?”

Pappu说，有一天，研究人员可以破解细胞器的设计原则来塑造从细胞内化学实验室到微小的给药载体的各种物质。成像剂。除了实际应用之外，对于理解和诊断许多疾病也有潜在的影响。

“必须能够理解如何调节这些液滴的功能，”Pappu说。“如果我们成功，其影响可能是变革性的：它不仅仅是癌症，它是神经变性，还是发育障碍，甚至是细胞生物学的基础。”