由意大利国家研究委员会（Cnr）Isof研究所与波士顿大学、巴里大学（巴里阿尔多·莫罗大学）生物科学、生物技术与环境系，以及博洛尼亚大学FaBit部门合作开发的一项创新性技术，首次揭示了在大脑健康中扮演关键角色的星形胶质细胞，其蛋白质结构存在重要差异。研究团队通过分析这些细胞的“蛋白质特征图谱”，得以获取有关细胞健康状态的信息，并识别病变细胞的异常表现。
这项开创性的意大利-美国合作研究成果已发表于《先进科学》（Advanced Science）。论文指出，星形胶质细胞——大脑中呈星形分布、对维持脑功能健康至关重要的细胞——在分子构成与功能上存在显著区别。
该研究由巴里阿尔多·莫罗大学主导，首席科学家格拉齐亚·保拉·尼基亚教授统筹协调。芭芭拉·巴里莱博士（巴里大学研究员）与基亚拉·拉扎里尼博士（巴里大学博士生、本文共同第一作者）也在研究中发挥了重要作用。
借助先进的时间分辨红外多光谱显微成像技术，研究团队成功确定了星形胶质细胞蛋白质的化学组成、空间结构与功能特性，从而构建出一种独特的“蛋白质特征图谱”。这一图谱不仅可作为星形胶质细胞分化程度及其健康状态的关键指标，也为理解多种神经系统疾病的发病机制提供了宝贵线索。
研究特别聚焦于星形胶质细胞的“微区”形态。这些微米级的微小细胞突起是星形胶质细胞执行功能的关键区域，负责维持大脑内生物大分子、离子与水分的动态平衡，并协调神经元与血管之间的信息交流。已有研究表明，这些微区的形态与结构化学特性异常与阿尔茨海默病、胶质瘤等多种慢性脑疾病密切相关，然而现有技术往往难以在不干扰其自然生理状态的情况下进行精准分析。
本研究成功弥补了这一技术空白，提供了一种独特的无创分析方法，用于表征星形胶质细胞亚区结构，并发现分化与未分化状态的星形胶质细胞具有截然不同的“蛋白质特征图谱”。
“我们的工作表明，成熟神经胶质细胞的微区具有精密的分子结构，该结构与水分子及离子的传输调控密切相关，”格拉齐亚·保拉·尼基亚教授解释道。“多年来，我们实验室一直专注于神经胶质细胞的生理机制研究，尤其聚焦于脑水通道蛋白-4在调控细胞体积与水分代谢中的作用——该蛋白是大脑中最重要的水分子通道。如今能够无创地解析这些通道所构成的微区结构布局，为我们理解神经疾病中这些机制如何失常开辟了全新的视角。”
共同通讯作者基亚拉·拉扎里尼进一步补充：“我们的研究结果显示，分化星形胶质细胞的蛋白质二级结构与其通过扩散动力学调节脑内水-离子平衡的能力之间存在直接关联。利用无标记（即不干扰样本）方法获取星形胶质细胞微区的分子结构、化学特性及其与功能的联系，对于深入理解神经胶质细胞——无论是处于健康状态，还是疾病状态（如胶质瘤、阿尔茨海默病）或神经发育过程中出现形态与扩散过程（如细胞体积）异常时——的功能机制，代表了一项重要的科学进展。”
本研究获得了美国空军科学研究办公室（AFOSR）生物物理学计划（ASTROLIGHT与ASTROTALK项目）、美国国家科学基金会（NSF），以及意大利大学与研究部（MUR）通过国家恢复与韧性计划（PNRR-Ecosister）与下一代欧盟（NGEU）PRIN-PNRR项目的资助。该研究亦隶属于由意大利外交与国际合作部、美国国务院共同指导的意美科学技术合作委员会“先进材料、纳米材料与生物物理学”工作组战略活动，由路易吉·安布罗西奥博士（Cnr）与索菲·宾-萨拉蒙（美国AFOSR）共同协调推进。
