未來或許只需要抽一次血，就能快速又精準地掌握體內蛋白質的變化，不僅有助於癌症診斷，也可能改變整個醫療模式，更讓蛋白質科學領域步入新階段。
來自以色列理工學院生醫工程學院Amit Meller教授實驗室的研究團隊，開發出一項突破性的蛋白質辨識技術，大幅提升解析「蛋白質體」（proteome；即體內所有蛋白質總和）的解析速度與準確性，對基礎科學研究或臨床疾病診斷，均具深遠影響。
於2023年發表在Nature期刊的一篇評論文章中，「單分子蛋白質定序」被列為最值得關注的七大新興技術之首。而這項領域的關鍵推手之一，正是Amit Meller教授領導的研究團隊。他們致力於將蛋白質定序技術推向實際應用，為未來醫療帶來全新可能。
蛋白質是人體運作的核心，不同蛋白質的種類與變化，往往反映出健康狀態甚至疾病發展。因此，如何快速且精準地辨識蛋白質，一直是生醫領域研究的重要目標。近期發表於Nature Nanotechnology的研究中，Meller教授團隊提出一種嶄新的解決方案，讓這項目標向前邁進一大步。
這項研究由Meller教授與博士後研究員Neeraj Soni共同領導。Meller同時任職於以色列理工學院生醫工程學院與生物學院，並隸屬於奈米科技研究所。研究亦與美國伊利諾大學（University of Illinois）及美國萊斯大學（Rice University）的科學家合作完成。
這項技術的核心概念其實相當直觀，在於利用奈米尺度的人工孔洞（nanopore）來「讀取」生物分子訊號。透過先進奈米製程，研究團隊製造出極微小的奈米孔洞，讓蛋白質逐一通過，並藉此建立每個蛋白質獨特的「指紋」，就像掃描條碼一樣辨識每個分子。
過去的技術雖然也能偵測蛋白質通過奈米孔洞，但要精準辨識個別蛋白，通常需要借助複雜的分子馬達減慢蛋白移動速度，或為每一種蛋白設計專一性的抗體。這些方法不僅提高分析成本，也限制了檢測靈敏度與效率。
Meller教授團隊則提出一種更簡潔有效的策略：透過「黏附-滑動」（stick-slip）機制，精準控制蛋白質穿越奈米孔的節奏。在這個過程中，蛋白質會在孔洞中交替出現短暫停滯與滑動的狀態，使訊號更容易被解析。當蛋白質通過孔洞時，系統會即時記錄離子電流的變化，形成該分子的專屬電訊號「指紋」。再透過機器學習模型解讀這些訊號，即可辨識蛋白質的種類。
這項技術的最大優勢在於速度：每個蛋白質只需不到一秒就能完成辨識，比現有方法快上好幾個數量級，幾乎可以做到即時分析。考量到人體單一細胞中含有數百萬個蛋白質，這樣的技術將有機會全面解析蛋白質體，開啟新的研究與應用可能。
研究特別關注於「半胱胺酸」這種常見且重要的胺基酸。這種胺基酸在細胞與人體中扮演關鍵角色，約有97%的人類蛋白質都含有半胱胺酸或其殘基，使得這項技術幾乎可涵蓋整個蛋白質體。更重要的是，這種方法並不限只於單一胺基酸，研究團隊已著手擴展至其他胺基酸類型，包括帶有「轉譯後修飾」（post-translational modifications, PTMs）的蛋白質，讓分析更加全面。
在臨床應用方面，這項新技術的潛力相當可觀，未來只需透過簡單的血液檢測，就可能完成疾病診斷、追蹤病情，甚至協助制定個人化治療策略，例如用於癌症早期偵測與治療評估。在基礎研究上，也將大幅推進蛋白質科學的發展，幫助科學家更深入理解生命運作的細節。Meller教授表示，長期目標是開發一套整合式的即時檢測平台，讓醫院、實驗室甚至臨床第一線，都能快速完成蛋白質分析與診斷，真正把精準醫療帶進日常醫療現場。
資料來源：
https://www.technion.ac.il/en/blog/article/without-antibodies-and-without-amplification-ultra-fast-identification-of-whole-proteins-using-a-technology-developed-at-the-technion/
