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研究人员为细胞开发了伸展架

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细胞的行为受其环境控制。除了生物因素或化学物质外,还涉及诸如压力或张力的物理力。来自卡尔斯鲁厄技术学院(KIT)和海德堡大学的研究人员开发了一种方法,使他们能够分析外力对单个细胞的影响。他们使用3-D打印工艺制作了微型支架,每个微型支架都有四个放置细胞的支柱。在外部信号的触发下,支架内部的水凝胶膨胀并推动支柱分开,因此细胞必须“伸展”。这项工作是“ 3D定制问题”(3DMM2O)卓越集群的一部分。研究人员在《科学进展》中报告了他们的结果。

许多细胞生物学过程,例如伤口愈合或组织发育,都受到其环境特性的强烈影响。细胞例如对生物因子或化学物质起反应。但是,研究越来越集中在作用于细胞的物理力上:细胞如何精确地适应这些力?

在德日大学财团HeKKSaGOn的框架内,并与澳大利亚科学家合作,3DMM2O团队对这一问题采取了特别巧妙的方法。为了生产单元“拉伸架”,他们使用了“直接激光写入”,这是一种特殊的3-D打印过程,其中,计算机控制的激光束聚焦到一种特殊的打印机墨水液中。它的分子仅在暴露区域发生反应,并在那里形成固体物质。所有其他区域仍保持液态,可以被冲洗掉。该出版物的主要作者,KIT应用物理研究所的Marc Hippler解释说:“这是在卓越集群中建立微米级及以下三维结构的一种既定方法。”

在当前情况下,研究人员使用了三种不同的打印机墨水:第一种墨水由蛋白质排斥材料制成,用于形成实际的微支架。然后,使用第二种吸引蛋白质的墨水,他们制作了四个水平杆,每个水平杆分别连接到一个支架柱上。单元格固定在这四个钢筋上。然而,真正的排头兵是第三种墨水:科学家用它来“打印”支架内部的物体。如果再加入特殊液体,水凝胶会膨胀。因此,它产生了足以移动支柱以及支柱随其移动的力。进而具有拉伸固定在杆上的单元的作用。

卓越集群的科学家将两种完全不同的细胞类型放在其微拉伸架上:人骨肿瘤细胞和胚胎小鼠细胞。他们发现细胞利用运动蛋白抵消了外力,从而极大地增加了其张力。当去除外部拉伸力时,细胞松弛并返回其原始状态。KIT动物学研究所的马丁·巴斯德迈尔(Martin Bastmeyer)教授说:“这种行为是对动态环境适应能力的令人印象深刻的证明。如果细胞无法恢复,它们将不再履行其原始功能,例如伤口闭合。” 。

正如研究小组进一步发现的那样,一种名为NM2A(非肌肉肌球蛋白2A)的蛋白在细胞对机械刺激的反应中起着决定性的作用:不能产生NM2A的转基因骨肿瘤细胞几乎不能抵抗外部变形。

海德堡的科学家们在生物物理化学领域以及KIT的物理学,细胞和神经生物学领域进行了卓越的研究。德日大学财团HeKKSaGOn的成员包括海德堡大学,卡尔斯鲁厄技术学院和大阪大学。

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