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科学家以鱿鱼般的透明性改造人体细胞
2020-06-03 23:21上一篇:大流行冠状病毒的进化概述了从动物到人类的路径 |下一篇:石墨烯和2D材料可以使电子技术超越``摩尔定律''石墨烯的插图 图片来源
章鱼,鱿鱼和其他海洋生物可以通过利用体内的特殊组织来操纵光的传播和反射来执行消失的动作,现在加州大学尔湾分校的研究人员已经对人类细胞进行了改造,使其具有类似的透明能力。
在今天发表在《自然通讯》上的一篇论文中,科学家们描述了他们如何从头足类动物皮肤中获得灵感,赋予哺乳动物细胞以可调节的透明度和光散射特性。
UCI化学与生物分子工程专业的博士生Atrouli Chatterjee说:“几千年来,人们一直对透明性和隐形性着迷,这激发了人们的哲学思辨,科幻小说和许多学术研究。” “我们的项目-绝对是科学领域的-集中在设计和工程具有可控特性以传输,反射和吸收光的细胞系统和组织上。”
Chatterjee在UCI化学与生物分子工程副教授Alon Gorodetsky的实验室工作,他长期探索如何模仿头足类动物的变色能力来开发独特的技术以造福人类。他的团队的生物启发性研究导致了红外伪装和其他先进材料的突破性发展。
在这项研究中,研究小组从雌性不透明鱿鱼(Doryteuthis opalescens乌贼)可以通过动态地将其地幔上的条纹从几乎透明的白色切换为不透明的白色来逃避捕食者的方法中汲取了灵感。然后,研究人员借用了一些参与这种生物隐蔽技术的基于细胞间蛋白质的颗粒,并找到了一种将其引入人体细胞以测试光散射能力是否可以转移给其他动物的方法。
这种鱿鱼具有专门的反射细胞,称为无色细胞,可以改变它们散射光的方式。在这些细胞中是无色小体,是由膜结合的颗粒,由称为反射蛋白的蛋白质组成,可产生虹彩伪装。
在他们的实验中,研究人员培养了人类胚胎肾细胞,并对其进行了基因改造以表达反射蛋白。他们发现蛋白质会以无序排列的方式组装到细胞质的颗粒中。他们还通过光学显微镜和光谱学观察到,引入的基于反射蛋白的结构导致细胞改变其光散射。
这项研究的合著者Gorodetsky说:“我们惊讶地发现这些细胞不仅表达了反射蛋白,而且还将该蛋白包装成球状的纳米结构,并将其分布在整个细胞体内。” “通过定量相显微镜,我们能够确定蛋白质结构与细胞内部的细胞质相比具有不同的光学特性;换句话说,它们的光学行为几乎与它们的天然头足类固色体相同。”
在研究的另一个重要部分,研究小组测试了是否可以通过外部刺激来打开和关闭反射率。他们将细胞夹在有涂层的玻璃板之间,并使用不同浓度的氯化钠。通过测量细胞传播的光量,他们发现那些暴露于较高钠水平的细胞散射的光更多,并且与周围环境相比更引人注目。
查特吉说:“我们的实验表明,这些作用出现在工程细胞中,而不出现在缺乏反射蛋白颗粒的细胞中,这表明了一种潜在的有价值的方法来调节人细胞的光散射特性。”
虽然无形的人类仍然坚定地处于科幻小说的领域,但Gorodetsky表示,他的小组的研究可以在短期内提供一些切实的利益。
他说:“该项目表明,有可能开发出一种受细胞足类白细胞启发而具有刺激响应性光学特性的人类细胞,并且表明这些惊人的反射蛋白可以在外来细胞环境中维持其特性。”
他说,新知识还可能为医学和生物显微镜应用中使用反射素作为新型生物分子标记物打开可能性。