科学家发现了一种皮肤损伤的隐蔽预警信号，该信号在胶原纤维明显变薄、断裂或失去连接之前就会出现。利用先进的光学技术，该团队发现，即使组织在结构上看起来依然完整，且胶原蛋白含量保持不变，胶原蛋白原本有序排列的分子“手性”仍可能发生崩塌。这表明，在常规成像技术能够检测到问题之前很久，皮肤可能就已经开始在更深层次上发生退化了。
这些发现于2026年7月16日发表在《ACS Nano》上，表明胶原蛋白在其纤维变细、断裂或断开之前，就开始失去其精确的分子组织结构。换句话说，即使在更深层次的重要变化已经开始之后，皮肤组织在结构上可能看起来仍然是完整的。
皮肤胶原蛋白内部的隐性损伤
胶原蛋白是皮肤中的主要结构蛋白。它形成一个复杂的网络，帮助组织保持强韧、柔韧并能抵抗物理应力。
其结构跨越多个尺度进行组织。单个分子组装成更大的束，进而形成支撑皮肤的纤维。由于这种分层排列，胶原蛋白被描述为一种分级材料。
大多数传统成像方法关注该网络的可见特征。它们可以检测出已经变细、断裂或失去连接的纤维。然而，这些变化往往在重塑过程的后期才显现出来。
这项新研究表明，即使可见的纤维网络看起来基本未变，胶原蛋白也可能失去其潜在的结构有序性。
该研究的第一作者、广岛大学纽结手性元物质国际研究所（WPI-SKCM2）研究生研究员Ali Haider说：“理解我们发现的一种方式是，传统成像方法可以显示胶原蛋白结构的‘砖块’，但可能会忽略这些砖块排列方式的细微变化。”“这就像是在书页出现损坏或缺失之前，就检测出书中词语和句子排列的变化一样。”
检测胶原蛋白的结构手性
为了识别这些隐性变化，研究人员将先进的光学成像技术与手性光谱学相结合。
手性光学方法研究分子如何与偏振光相互作用。它们对于研究手性特别有用，手性是一种有时被描述为结构手性的特性。就像人的左手和右手互为镜像但不能完全重合一样，许多生物结构具有特定的优势取向。
胶原蛋白在分子水平和更大的结构水平上都具有这种有序的手性。当这种组织结构开始退化时，即使其胶原蛋白总量保持不变，组织也可能失去重要的功能特性。
该团队使用了同步辐射真空紫外圆二色谱（SR-VUVCD）和多维量子级联激光振动圆二色谱。通过将这些方法与成像技术相结合，研究人员能够在同一组织切片中测量胶原蛋白的含量和结构相干性。
胶原蛋白尚存但其有序性消失
分析显示，胶原蛋白的数量与其组织质量之间存在明显的分离。
即使在超分子手性的相干性大幅退化后，组织样本仍保持了大部分的胶原蛋白总含量和表面覆盖度。这意味着仅测量胶原蛋白的含量可能无法全面反映组织的健康状况。
样本中可能仍含有大量的胶原蛋白，但其蛋白质的内部结构已经开始崩解。
WPI-SKCM2教授、该研究的通讯作者之一Katsuya Inoue说：“这篇论文的关键信息是，胶原蛋白不应仅被视为可见的纤维网络，而应被视为一种分级材料，其功能取决于跨越多个长度尺度的组织结构。”“我们的研究表明，先进的关联方法可以揭示仅从形态学上看不明显的隐性组织结构变化。”
组织退化的早期线索
研究人员最终希望建立一个更广泛的框架，将分子手性、超分子组织和组织的大尺度架构联系起来。
这样一个系统可以帮助科学家在主要结构损伤变得不可逆之前评估组织的完整性。它还可能为伤口愈合、医疗治疗以及模仿或与生物组织相互作用的生物材料设计提供新的见解。
未来的研究人员无需等到胶原蛋白纤维明显变细或断裂，而是可以通过检查分子的排列方式来识别最早的预警信号。
一项国际研究合作
该研究由Ali Haider、Yusuke Kochi、Andrew K. Schulz、Kuya Aoyama、Aiko Sada、Hisako Sato、Elisabetta Matsumoto、Malcolm Kadodwala、Koichi Matsuo和Katsuya Inoue共同完成。
研究人员来自广岛大学（包括WPI-SKCM²、先进科学与工程研究生院、手性研究中心和同步辐射科学研究所）、马克斯·普朗克智能系统研究所、九州大学、熊本大学、爱媛大学、佐治亚理工学院和格拉斯哥大学。
此次合作汇集了来自日本、德国、美国和英国的专家。
这项工作得到了WPI-SKCM2、庞加莱研究所、LabEx CARMIN和亚历山大·冯·洪堡基金会的支持。