为人类纤毛提供动力的结构的第一张图片——排列在我们呼吸道上的微小、毛发状的突起——是由伦敦大学学院研究人员组成的一个团队制作的，它可能会为患有罕见纤毛疾病的人带来急需的治疗。

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这项发表在《自然》杂志上的研究结合了先进的显微镜和人工智能技术，创建了人类纤毛结构的详细快照。这些是我们肺部、耳朵和鼻窦排列的细胞上的微观投影，它们有节奏地跳动，以保持肺部免受粘液和细菌的侵害。患有罕见原发性纤毛运动障碍 (PCD) 的人的纤毛有缺陷，无法有效清除气道中的碎屑，因此会出现呼吸困难和慢性肺部感染。

科学家们首次将导致纤毛跳动的分子“纳米机械”可视化，可见沿纤毛长度每 96 纳米点缀着相同的结构。这些结构聚集在一起形成轴丝。在健康的气道中，这种复杂的结构受到严格控制，分子精确排列，使纤毛每天以有节奏的波浪状运动运动约一百万次。

在患有 PCD 的人中，该团队发现纤毛不能正确跳动，因为轴丝结构的关键元素缺失，这是由基因突变引起的。这一新信息可能会导致针对这些缺陷的新药物，使纤毛正常跳动。

研究合著者、汉娜·米奇森教授(伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所)说：“PCD 的治疗目前致力于清理呼吸道和预防感染。我们的研究结果提供了分子药物精确靶向轴丝中的微小缺陷并使纤毛按其应有的方式跳动的可能性。

“分子药物对其他罕见疾病显示出希望，而 COVID-19 研究开辟了将这些药物直接输送到肺部的新方法。如果我们能够将这些进展与我们的新发现结合起来，我希望我们能在未来 5 到 10 年内为 PCD 患者带来分子药物。”

该团队的研究也可能被证明对不育症有用，因为精子细胞依靠尾部类似的轴丝结构来推动自己前进。

该研究团队是一个全球合作团队，由来自英国、、荷兰、中国和埃及的科学家组成。“研究像 PCD 这样的罕见疾病可能很困难，因为患者分布在世界各地。在英国，我们认为大约有 9,000 个家庭可能受到 PCD 的影响，”Mitchison 教授说。“我们的研究是通过临床科学家、生物学家和愿意参与我们研究的罕见疾病社区成员之间的奇妙国际合作而实现的。”

除了人类纤毛外，该团队还检查了一种名为莱茵衣藻的单细胞藻类的轴丝结构，这种藻类利用其表面的两个尾状突起来游泳。尽管经过超过 10 亿年的进化，藻类的尾巴与人类气道纤毛具有结构相似性，突出了轴丝在整个进化过程中的重要性。

这项研究涉及哈佛医学院、亚历山大大学、莱斯特大学、阿姆斯特丹大学医学中心、盖伊和圣托马斯 NHS 基金会信托基金以及伦敦帝国理工学院的合作者。

在伦敦大学学院，这项研究得到了 NIHR 大奥蒙德街医院生物医学研究中心、埃及高等教育部和 MRC UCL Confidence in Concept 资助的支持。