帝国理工学院的研究人员首次拍摄了身体“压力传感器”的活动，其发现者获得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。

这些传感器——称为Piezo1和Piezo2的离子通道——遍布全身，从心脏、膀胱、肾脏到免疫和神经系统。伦敦帝国理工学院的研究人员现在首次对它们进行了成像，这可能为一系列疾病的新药物靶标开辟道路。

压电通道负责检测和响应压力变化，在调节血压、呼吸、膀胱控制和免疫系统方面发挥着至关重要的作用。因此，这些通道可能成为未来治疗包括癌症在内的疾病的重要药物靶点。

到目前为止，研究压电通道活动只能通过侵入性或间接技术来完成，例如监测细胞中的一般钙波动。

为了对通道进行成像，由PeriklisPantazis博士领导的帝国研究人员开发了一种高度特异性的生物传感器，称为GenEPi，当Piezo1通道被激活时，它会在显微镜下发光。他们在细胞和整个生物体水平上测试了GenEPi，成功突出了人类肾脏、包皮和宫颈癌细胞以及跳动的小鼠心脏细胞和整个斑马鱼胚胎中的Piezo1活性。

这是首次开发出一种用于研究Piezo1活动的非侵入性且特定的视觉方法，使研究人员能够详细捕捉其在健康和疾病状态下的行为。该工作发表在《自然通讯》上。

联合主要作者KonstantinosKalyviotis博士帝国理工学院生物工程系研究员，与前博士生SineYaganoglu共同领导了这项工作。苏黎世联邦理工学院潘塔齐斯实验室的研究人员表示：“压力响应压电通道对于维持我们身体的平稳运行极其重要。它们在感知我们体内的力量和调节血压等过程方面发挥着关键作用。当我们的膀胱被拉伸且充满时，就会提示我们去洗手间。”

“Piezo1涉及许多对生命至关重要的系统。我们的可视化有助于揭示Piezo1活动在不同细胞环境中的全部力量。”

新的药物靶点?

为了研究这些通道，帝国理工学院和苏黎世联邦理工学院的研究人员设计了GenEPi，一种钙离子报告基因，专门连接到Piezo1通道而不影响其功能。仅当通道打开并允许钙离子通过时，GenEPi才会发出明亮的光。因此，科学家现在第一次可以看到它们活跃的时间和地点。

可视化运作中的通道的能力可以帮助我们更好地了解它们在基本生理过程中的作用，例如新血管形成、细胞迁移和细胞增殖——癌细胞在肿瘤生长和转移过程中利用的过程。

一旦更好地了解了这些通道在疾病中的活动，它们就可能成为一种新的非化学药物类型的目标，这种药物可以机械地发挥作用，以补充更广泛使用的药物。

生物工程系的资深作者PeriklisPantazis博士说：“能够看到Piezo1活性将使研究人员能够可视化非化学药物对Piezo1依赖性疾病的影响。我很乐意看到基于此的药物未来十年发展的机制。”

压电离子通道的概念最初是在2010年提出的，当时ArdemPatapoutian的实验室发现，当用微量移液器戳动时，细胞会产生可测量的电信号。这一最初的观察最终导致了一类新型压力响应通道的发现，并以希腊语“πίεσις/πιέζω”(表示压力)恰当地命名为“Piezo”。这一突破为帕塔普蒂安赢得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。

帝国理工学院的研究人员重点研究了Piezo1，它几乎存在于我们身体的每个细胞中，有助于调节生长、优化功能以应对环境力量和疾病。

机械刺激(例如压力变化)会导致压电通道打开，主要让钙离子通过。这种离子的流入会触发一种反应，这种反应到达大脑并使其做出反应——例如，通过发送膀胱已满的意识信号，或血压高的潜意识信号。这些信息诱导身体做出反应并恢复秩序——这个过程称为体内平衡。

研究人员现在正在应用GenEPi的设计原理来开发和设计其他离子通道的光学报告基因，而不影响其功能。他们还将继续研究Piezo1在包括癌症在内的一系列疾病中的作用。

Konstantinos表示：“我们正处于揭示压电通道对健康和疾病的深远影响的旅程的黎明。我们的创新生物传感器是一个强大的工具，有望照亮这条发现之路，推动我们继续前进对知识的追求。”

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