我們知道詹姆斯-韋伯望遠鏡剛剛能夠捕捉到令人嘆為觀止的遙遠星系的照片，而這些星系在以前只能看到朦朧的斑塊。觀察單細胞蛋白質分泌的”詹姆斯韋伯”則是由聖路易斯華盛頓大學的研究人員使用一種革命性的技術創造出來的，該技術可以對細胞產生的蛋白質實現驚人的詳細可視化。

由麥凱爾維工程學院機械工程和材料科學的Lilyan & E. Lisle Hughes教授Srikanth Singamaneni和Singamaneni實驗室的前博士後Anushree Seth領導的研究人員開發了FluoroDOT測定法。該研究最近發表在《細胞報告方法》上。這種高度敏感的檢測方法能夠在大約30分鐘內看到並測量單個細胞分泌的蛋白質。

樹突狀細胞在不同時間點分泌蛋白1（TNFa，紅色顯示）和蛋白2（IL-6，黃色顯示）的FluoroDOT檢測圖像（從左到右。未受刺激、受刺激30分鐘、1小時、2小時和3小時）。細胞的細胞核以藍色顯示。白色箭頭突出顯示了只分泌一種蛋白質或兩種蛋白質的不同數量和不同時間點的細胞。圖像: Srikanth Singamaneni/華盛頓大學

與來自其他大學和華盛頓大學醫學院的科學家一起發現FluoroDOT檢測法用途廣泛，價格低廉，可適應任何實驗室環境，並且有可能比目前常用的檢測法更全面地了解這些蛋白質。生物醫學研究人員通過分泌蛋白來了解細胞間通訊、細胞信號傳導、激活和炎症等方面的信息，但目前的方法在敏感性方面受到限制，而且可能需要24小時的繁瑣處理流程。

質子-熒光是Singamaneni實驗室創造的一種質子增強的納米標籤，比傳統的熒光標籤亮16000倍，信噪比超過30倍，這是FluoroDOT檢測法與其他檢測法的區別所在。

Singamaneni說：”質子-熒光劑是由金屬納米粒子組成的，它作為天線拉入光線並增強分子熒光團的熒光發射，從而使它成為一種超亮的納米粒子。”

這種質子-熒光的超亮發射使用戶能夠看到極少量的分泌蛋白，這是他們在現有測定法中無法做到的，加上利用定制的算法，用每個簇或斑點的顆粒數量或點狀圖案，實現以數字方式測量高分辨率信號。此外，它不需要特殊設備。Singamaneni和他的合作者於2020年在《自然-生物醫學工程》雜誌上首次發表了他們的等離子體氟化物工作。這項正在申請專利的質子熒光技術由聖路易斯華盛頓大學技術管理辦公室授權給Auragent生物科學有限公司。

“使用一個簡單的熒光顯微鏡，我們能夠同時對一個細胞以及它周圍分泌的蛋白質的空間分佈進行成像，”Seth說，他作為Singamaneni實驗室的博士後學者從事這個項目，並作為Auragent生物科學公司的首席科學家（細胞應用）繼續從事這項工作。”我們看到不同細胞類型的有趣分泌模式。這種檢測方法還能同時觀察來自單個細胞的兩種類型的蛋白質。當多個細胞受到相同的刺激時，我們可以將同時分泌兩種蛋白質的細胞與只分泌一種蛋白質或根本不分泌的細胞區分開來。”

為了驗證這項技術，該團隊使用了從人類和小鼠細胞中分泌的蛋白質，包括感染了結核分枝桿菌的免疫細胞。

合作者和共同作者之一，醫學博士Jennifer A. Philips，醫學和分子微生物學系的Theodore和Bertha Bryan教授，以及醫學院傳染病科的共同主任，已經在她的實驗室中使用了FluoroDOT測定。

Philips舉例說：”當結核分枝桿菌感染免疫細胞時，這些細胞通過分泌重要的免疫蛋白（稱為細胞因子）做出反應。但不是所有的細胞都以同樣的方式對感染做出反應。FluoroDOT測定使我們能夠看到群體中的單個細胞如何對感染做出反應–看到哪些細胞正在分泌以及朝哪個方向分泌。這在舊技術中是不可能的。”