欧洲科学家最近搞出个特别牛的玩意儿,叫做"分子手电筒",完全就刷新认知了。它的尖端只有1微米,1毫米的千分之一啊,肉眼根本就看不见。
但它却可以照亮神经组织,从分子层面搞清楚脑瘤、脑损伤时分子是如何变化的,完全就是个超微型的分子显微镜,就像城市上空的无人机,虽然看不清每辆车(分子)里面在干啥,但车流涌向哪里,却是清清楚楚的,你想想会带来多大的革命性进步。难怪会发表在《自然-方法》杂志上,12月31日的。
这个“分子手电筒”为什么这么牛呢?咱们平时去医院做脑部检查,要么CT,要么核磁共振,要么就得开颅才能看到里面怎么回事。这不就跟查看密室一样吗?非得拆墙或者用X光,都挺粗暴的。
但西班牙国家癌症研究中心 (CNIO)的科学家们,想出了个特别精巧的主意:制造一个超级细的探针,细得比人的头发丝还要细几十倍,就可以刺入大脑而不伤害周围组织了。
你是不是恍然想起了什么?没错,中医的针灸,《黄帝内经》早有记载啊!欧洲是在偷咱们的师吗?嗯,话也不好这么说,这探针和银针还有所不同,银针为什么能治病,到现在可能都还是一笔糊涂账呢。
徐老师我倒是看到2010年《中国青年报》有篇报道,说美国罗彻斯特大学医学中心, 神经科学家麦肯·内德戈德团队,通过针灸实验,发现银针可能是通过针刺导致的轻微创伤,激发人体组织释放一种名为腺苷的化合物,进而形成腺苷酸,抑制神经信号,缓解疼痛。这项研究发表在当时的《自然-神经科学》杂志上,可信度还是挺高的。所以喜欢中医的朋友们,徐老师可是帮你们找到科学依据了。
那这个分子手电筒并不治病,而是看哪些地方有病,用到了量子物理学里的一个“魔法”现象——拉曼效应。简单来说就是,光照射到物质上时,就像打台球,会发生反射和折射,这是弹性碰撞,散射光子和入射光子波长、频率和能量完全相同,叫做瑞利散射。
同时还有约千万分之一的光子,会与介质分子发生非弹性碰撞,出现能量交换,散射光子波长、频率和能量会发生变化。就像每个人的指纹都不一样,不同分子遇到光的时候,会散射出不同波长、频率和能量的光子,形成独特的"光子指纹",可以用来分析每个分子的独特信号或光谱,进而了解物质的分子组成及状态。NASA毅力号火星车就搭载了两台拉曼光谱仪,来分析火星岩石的成分。
拉曼效应1928年由印度物理学家拉曼发现,他大概没有想到近一个世纪后,这个发现会用来对大脑做这么精妙的事情吧。
那么,这个"分子手电筒"具体是怎么工作的呢?它可以低侵入性地插入大脑深处,对脑组织的损伤完全可以忽略不计。就像你拿着一个超微型的分子手电筒,当光照射到脑组织上时,不同分子会散射出特定频率的光,然后就能知道这些脑组织里都有些什么分子,它们都在干什么,有没有出现异常情况。
更厉害的是,这个技术不需要任何"预处理"。你要知道,现有很多的脑科学研究方法,都需要先往脑子里注射一些特殊的标记物,或者改造基因什么的。但这个"分子手电筒"可以直接看到脑组织最自然的状态,就像... 嗯,就像你在家里装了个摄像头,可以看到你家熊孩子在屋里干啥坏事一样,完全不用打草惊蛇!
但这项研究现在还只是在小鼠大脑里做了试验,人体试验还没有开始,所以什么时候能够落地还是一个未知数。不过科学家们已能看到老鼠脑瘤是怎么扩散的,脑外伤后的组织变化是什么样的。
这些以前都是要把脑组织切片才能看到的东西,现在可以直接在活体上观察了,想想就令人兴奋啊,你们知道会带来多大的变革吗?
最直观的应用就是用在脑瘤手术中。现在脑瘤手术最难的是啥?是把肿瘤彻底切干净。因为肿瘤细胞特别狡猾,经常会往周围的正常组织里"渗透"。医生们现在就像是在黑夜里除草,总怕漏掉几根。但有了这个"分子手电筒",医生就能在手术中实时"扫描"周围的组织,看看是不是还有漏网之鱼。
第二个潜力在于早期诊断。现在很多脑部疾病,等到能在CT或核磁共振上看到变化的时候,可能就已经比较严重了。但是分子层面的变化往往发生得更早。比如帕金森病患者在出现症状时,多巴胺能神经元可能已经损失了60-80%!如果能早点发现分子层面的异常,那治疗的效果可能会好很多。
更酷的是,这项技术还能跟人工智能结合。科学家们正在开发AI算法,让计算机自动分析那些"分子指纹"。这就好比是给医生配了个"福尔摩斯级别"的助手,能从海量的分子信息中找出关键线索,未来这不就是《星际迷航》里的医疗扫描仪吗?科幻正在变成现实!
目前分子手电筒还在实验室阶段,科学家们还需要解决很多问题,比如怎么让信号更加稳定可靠,如何确保长期使用的安全性,数据分析标准该怎么制定等等。
不过你想想莱特兄弟1903年第一次飞行只飞了12秒,现在环球飞行已经是家常便饭了,所以咱们是不是也该充满希望和信心,遥不可及的东西总有一天会悄悄地走进我们的生活。
参考文献就在后面,老盖们都去指导一下吧。既然看到这儿了,是不是也该点个赞、关个注、转个发、收个藏再走呢?
参考文献:
Pisano, F., Masmudi-Martín, M., Andriani, M.S. et al. Vibrational fiber photometry: label-free and reporter-free minimally invasive Raman spectroscopy deep in the mouse brain. Nat Methods (2024). https://doi.org/10.1038/s41592-024-02557-3
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