光的鑰匙　使用光控制人造器官的基因

編譯／高晟鈞

類器官，或稱人造器官是一種三維細胞培養物，在醫學與臨床研究中發揮重要作用。科學家可以利用類器官來了解疾病是如何發生、器官的發育過程與藥物的作用機制等等。單細胞技術使研究人員能進一步研究細胞的分子水平，透過實驗，他們可以觀察到基因隨著時間變化，是活躍抑或者是沉默。

類器官通常源自於幹細胞，是還未分化的細胞。幹細胞具有分化成其他細胞種類的能力，像是心臟、皮膚、肌肉細胞或是神經元。為了使幹細胞分化，科學家會給他們「餵食」含有生長因子的營養液。最終，細胞會慢慢在培養皿中「長大」，就像在真實的組織一樣。曾經，控制這個過程幾乎是不可能的。但現在，來自德國的科學家結合了空間轉錄組學與光遺傳學，成功控制活細胞中的基因，並觀察它們的成長機制。

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需要抽籤的分化幹細胞們

在光遺傳學中，天然或人造的「光感測器」會被插入幹細胞分化的神經元前驅細胞中，當其感應到光線時，便會激活或是沉默細胞中的基因。

研究團隊想要了解神經系統在人類胚胎中的發育過程，他們將目標放在一個影響細胞分化後去處的關鍵信號傳導分子──形態素（Morphogen）上。

更具體來說，一個個幹細胞在分化後，都給像義務役軍人抽籤，而這些籤就是形態素，決定了你下部隊後的去處。譬如，一個分化後的神經細胞，會被形態素的濃度影響，決定應該分配到大腦，抑或者是脊髓。

做籤

研究人員利用光線基活一種名為「Sonic Hedgehog」的形態素。隨後的實驗結果表明，細胞會透過將自身排列成特殊圖案的類器官來做出反應。

研究人員透過兩種方式產生光：雷射顯微鏡或數位微鏡裝置。顯微鏡都配有一個裝有數十萬個小鏡子的晶片。研究人員可以透過這些鏡子進行編程，在樣品上產生複雜的光圖案。

「我們的方法使我們可以在培養皿中，準確地重現與組織中基因表現的相關過程。」作者Ivano Legnini說道。目前，研究團隊希望與其他優秀光遺傳學領域專家進行合作，進一步完善該技術。

資料來源:Innovations

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