通过控制水分提取反应，将微液滴维持时间从1小时调控至最长30天
利用单一微液滴平台实现长期聚集动力学分析与淀粉样蛋白簇快速制备

 

高丽大学世宗校区（副校长 梁智雲）生命信息工学系李圭道（音）教授研究团队，与延世大学生物医学工程系朴仁秀（音）教授研究团队、韩国生命工学研究院（KRIBB）国家灵长类研究中心李英全（音）博士研究团队，以及国内外其他合作研究人员共同开展研究，通过调控微液滴中的水分提取反应，开发出一种能够长期观察淀粉样蛋白聚集过程，并在短时间内制备高密度淀粉样蛋白簇的平台。

 

本次研究由高丽大学生命信息工学系研究生郑多妍（音）、卢锡范（音）以及韩国生命工学研究院成重培博士共同担任第一作者；高丽大学李圭道（音）教授、延世大学朴仁秀（音）教授和韩国生命工学研究院李英全（音）博士共同担任通讯作者并指导完成研究。

 

研究成果于2026年8月发表于国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）。该期刊影响因子为13.9，在期刊引证报告相关领域排名前8.2%。论文题目为《通过可编程微液滴水分提取实现长期淀粉样蛋白聚集动力学分析与快速淀粉样蛋白聚集》。

 

淀粉样蛋白（amyloid）是由蛋白质异常聚集形成的结构，与包括阿尔茨海默病在内的多种神经退行性疾病密切相关。淀粉样蛋白的形成过程受到温度、蛋白质浓度和反应体积等因素的影响，即使在相同条件下，聚集开始的时间和进行速度也可能不同，呈现出明显的随机性特征。

 

基于微液滴的分析方法具有能够在大量相互独立的反应空间中同时观察上述差异的优势。然而，在长期培养过程中，如果微液滴内部的水分向外逸出，液滴体积和蛋白质浓度就会发生变化，从而限制了对长期聚集动力学进行准确观察。研究团队并未将这种水分提取现象简单地视为需要抑制的问题，而是将其转变为一种可以根据实验需求主动调控的实验变量。

 

在抑制水分提取的条件下，研究人员能够稳定维持微液滴的尺寸，并在60℃条件下最长持续30天追踪淀粉样蛋白的聚集动力学。通过这一方法，研究团队比较了不同液滴尺寸和蛋白质浓度下的聚集特征，并确认即使在相同实验条件下，不同单个液滴之间的聚集速度也存在差异，进一步验证了淀粉样蛋白聚集所具有的随机性特征。

 

相反，在促进水分提取的条件下，液滴内部的蛋白质和淀粉样蛋白结构会迅速浓缩，并在1小时以内形成微液滴来源淀粉样蛋白簇（Microdroplet-Derived Amyloid Cluster，MDAC）。

 

研究团队还发现，最终形成的MDAC尺寸和表面形态会根据液滴内部淀粉样蛋白纤维的形成程度而发生变化。由此，研究团队提出，仅通过调节水分提取条件，即可在同一个微液滴系统中分别实现长期聚集分析和高密度淀粉样蛋白簇制备。此外，该平台还被应用于包括模型蛋白HEWL、tau蛋白来源的AcPHF6和K18，以及与阿尔茨海默病相关的Aβ42在内的多种淀粉样蛋白，验证了该平台在不同淀粉样蛋白研究中的应用潜力。

 

特别是在利用AcPHF6 MDAC开展的降解实验中，研究团队发现，分散状态的块状淀粉样蛋白纤维与高密度簇状MDAC对同一种物质表现出不同的反应。基于这一结果，研究团队提出，MDAC未来有望作为评价淀粉样蛋白降解候选物质特性的实验模型。

 

此外，研究团队还通过神经细胞实验以及利用非人灵长类动物开展的初步研究，探索了MDAC用于后续生物学分析的可能性。非人灵长类动物研究作为探索性实验，仅针对单一个体开展，研究团队表示，未来仍需要进一步开展具有生物学重复性的研究。

 

本研究的意义在于，将传统微液滴实验中被认为会妨碍长期观察的技术性问题——水分提取反应——转变为一种可以主动控制的功能。抑制水分提取，可以实现对淀粉样蛋白长期聚集过程的分析；而促进水分提取，则能够利用同一平台在短时间内制备高密度淀粉样蛋白簇。

 

尤其值得注意的是，与以往微液滴研究主要分别用于短期反应观察或特定结构制备不同，本研究将淀粉样蛋白聚集动力学的长期分析与最终聚集簇的形成过程整合于同一个平台之中。

 

研究团队预计，该平台未来可用于淀粉样蛋白成核及生长机制分析、疾病相关淀粉样蛋白簇制备、聚集抑制及降解候选物质评价，以及细胞和动物实验等后续研究。

 

此外，本研究获得了韩国国家研究财团（NRF）、韩国科学技术信息通信部（MSIT）、信息通信企划评价院（IITP）、韩国保健福祉部、韩国原子能医学研究院、韩国生命工学研究院，以及教育部和江原RISE项目等机构的支持。

 

高丽大学世宗校区宣传集资部

翻译：赵炫怡