原子力顯微鏡揭示細胞膜上奈米筏動態：從假說走向可視化

臺灣大學化學系教授陳俊顯、生化科技系教授何佳安和暨南國際大學應用化學系多位教授，率領2校研究生組成的團隊運用原子力顯微鏡與哈達瑪乘積 (Hadamard product) 影像分析技術，首次在活細胞中觀察到脂筏 (membrane rafts) 的奈米動態，讓細胞膜的隱形結構首度「看得見」。

脂筏 (membrane rafts) 是一種在細胞膜上的奈米級結構，富含膽固醇與鞘磷脂，被認為是訊號傳遞、病毒入侵與癌轉移等細胞機制的重要平台。自1990年代提出以來，相關研究眾多，但由於典型方法是以螢光顯微方式觀察固定、染色的已凋亡細胞，無法獲得預期尺寸僅數十奈米且運動變化極快的特徵，亦無法在活細胞中直接觀察。因此即便是細胞膜上是否有脂筏的結構，數十年來都還是個爭論不斷的議題。

這個團隊以莊湘聆與法雨辰2位準博士為主力，運用具奈米解析能力的原子力顯微鏡 (AFM) ，結合以哈達瑪乘積 (Hadamard product) 為基礎的影像重建演算法，成功在活細胞膜上即時觀察到脂質筏的生成、融合與消散過程。進一步以C-Laurdan膜相染劑與整合素 (integrin) 的共定位影像驗證，證實AFM觀察到的影像特徵確實為脂筏結構。這項成果發表於Science Advances，為首次在活細胞直接「看見」脂質筏的存在與動態。

研究顯示，這些脂筏的組成並非固定不變，而是直徑約10至200奈米、會隨細胞膜蛋白與脂質相互作用而持續重組的液態有序區域 (liquid-ordered phase) 。陳俊顯教授指出，AFM能在活細胞表面提供奈米尺度的細胞膜高度與硬度性質，而哈達瑪積乘分析則有效地壓抑與脂筏關連弱的特徵，提升影像可辨讀程度，使研究團隊能指認出以往光學方法無法解析的動態訊號。基於目前學界對脂筏的假說，何佳安教授表示「這項讓我們看見細胞膜即時變化的技術，也許可以成為快速的篩藥平台。」

此研究結合化學、生物物理與生化科技，開啟觀察細胞膜微域的新視野，也為藥物設計與疾病機制研究提供新的工具與契機。

研究成果全文：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv7001