近日，南京大学化学化工学院陈洪渊院士团队在单细胞分子动态分析系统研究中再次取得重要进展。相关成果Direct Electrochemical Observation of Glucosidase Activity in Isolated Single Lysosomes from a Living Cell发表在国际一流期刊 《美国科学院院刊》。　美国《分析化学》杂志副主编、清华大学张新荣教授评价说，实验为进一步理解细胞个体差异性的生物学起源提供了一套全新的生物学数据，对阐明细胞器功能的分子基础具有重要价值。

细胞是组成生命体的基本单元，揭示生命的奥秘必须从细胞着手。鉴于细胞自身的复杂性及彼此之间存在巨大差异，研究细胞群体及其行为固然重要，但往往会掩盖多种特征，因此需要在单细胞层面了解细胞特征以及彼此之间的信息传递。

陈洪渊院士团队在基金委重大科研仪器研制项目支持下，提出发展基于电化学分析、结合光学和质谱分析的全新单细胞时空分辨分子动态分析系统。2016年，团队成员江德臣教授研究小组在此指导思想下，利用纳通道电输运的精准特性，将飞升 (10-15L) 量级的多种试剂导入单个活细胞中，构建“单细胞试剂盒”，实现了对单细胞中蛋白化学活性的定量分析。研究工作发表于PNAS (2016，113, 11436-11440)。

在此基础上，项目组进一步提升单细胞电化学分析的空间识别能力至纳米级，建立了可分析单个细胞器(直径 ~100 nm)中蛋白化学活性的“试剂盒”。该装置利用电输运，将胞内单个溶酶体颗粒分离进入毛细管尖端;基于溶酶体在纳米针尖限域空间的受限扩散，循环转化被检蛋白(葡萄糖苷酶)的底物，产生足量的过氧化氢加以电化学定量测定。

图1： “单细胞器试剂盒”分析活细胞内单个溶酶体中蛋白活性

“溶酶体就像细胞的消化器官，含有多种水解酶。”团队成员江德臣教授告诉记者，此次的检测对象是葡萄糖苷酶，将其与针尖预先装载的试剂盒组分反应，会产生过氧化氢，使用针尖的纳米电极对过氧化氢进行定量分析，就能得知单个溶酶体的蛋白活性。实验中比较了同一个细胞内多个溶酶体，发现它们的葡萄糖苷酶活性呈现均质特征。

这是首次实现活细胞内单个细胞器中蛋白活性的电化学测量，对于阐明细胞器功能的分子基础以及提升电化学分析空间分辨能力均具有重要价值。处于毛细管针尖的试剂盒成分可通过可控电输运加以更新，实现胞内多个溶酶体颗粒的比较研究，成功揭示了胞内溶酶体中葡萄糖苷酶活性具有均质性的特征，为进一步理解细胞个体差异性的生物学起源提供了一套全新的生物学数据。

此次，项目组进一步将该装置的空间识别能力提升至纳米级，建立了“单细胞器试剂盒”，实现对单个细胞器内蛋白活性的定量分析。实验中，研究人员操控纳米针管成功将单个溶酶体从细胞中分离，并限制在针尖位置。

陈洪渊院士，浙江三门人，分析化学家，1961年毕业于南京大学化学系，2001年当选为中国科学院院士。在电分析化学基础与应用的多个前沿领域做出了重要贡献。在生物催化、超分子组装和纳米电化学研究中，构建成多种高效的仿生催化界面，在教学方面贡献突出。