科学家工程师人类细胞液体状的透明度
章鱼、鱿鱼和其他海洋生物可以使用专门的组织来执行一个行为消失在他们的身体来操纵光的传输和反射,加州大学欧文分校现在,研究人员已经改造人类细胞有类似透明的能力。
在一个纸发表在自然通讯科学家们描述了他们如何获得灵感的头足类动物的皮肤与可调透明度和赋予哺乳动物细胞光散射特征。
“几千年来,人们一直着迷于透明和隐身,有哲学的启发,科幻小说,作品和学术研究,”主要作者Atrouli Chatterjee说,加州大学欧文分校的学生在化学和生物分子工程。“我们的项目——毫无疑问是在科学领域——集中在设计和工程细胞系统和组织为传输具有可控特性,反射和吸收光。”
Chatterjee工作在实验室的阿龙Gorodetsky, UCI的化学和生物分子工程学副教授,他有着悠久的历史,探索如何模仿头足类动物的变色能力开发独特的技术中获益的人。球队bioinspired研究导致突破性发展红外伪装和其他先进材料。
在这项研究中,该组织获得灵感的女性Doryteuthis opalescens鱿鱼可以逃避捕食者的动态切换条纹在地幔几乎透明不透明的白色。研究人员然后借一些细胞间蛋白质粒子参与这个生物隐身技术,找到一种方法将它们引入到人类细胞来测试光散射能力是否转移到其他动物。
这个种类的鱿鱼有专门的反光细胞叫做leucophores可以改变他们如何散射光线。在这些细胞是证据,膜结合粒子组成的蛋白质称为reflectins,从而产生彩虹色的伪装。
在他们的实验中,研究人员培养的人类胚胎肾细胞和基因工程表达reflectin。他们发现的蛋白质组装成颗粒细胞的细胞质无序排列。他们也看到通过光学显微镜和光谱学的介绍reflectin-based结构导致细胞改变他们的光的散射。
“我们惊奇的发现,细胞不仅表达了reflectin还打包球状纳米结构中的蛋白质和分布式整个细胞的身体,“Gorodetsky说,该研究的合著者。“通过显微镜定量阶段,我们能够确定蛋白质结构有不同的光学特性相比,细胞内的胞浆;换句话说,他们在本地光学表现几乎一样的头足类动物leucophores。”
在研究的另一个重要部分,团队测试反射是否可能通过切换开关外部刺激。他们夹在细胞之间的镀膜玻璃盘子和应用不同浓度的氯化钠。测量是通过细胞的光量,他们发现那些暴露于高钠水平分散更多光和突出的环境。
“我们的实验表明,这些影响出现在基因工程细胞而不是细胞缺乏reflectin粒子,展示一个潜在的有价值的方法,优化光散射特性在人类细胞,”Chatterjee说。
而看不见的人类仍然坚定地在科幻领域,Gorodetsky说他的团队的研究可以提供一些实实在在的利益在短期内。
”这个项目显示,可能是开发人类细胞celphalopods stimuli-responsive光学特性受leucophores,这表明这些神奇reflectin蛋白质可以维持他们的属性在外国细胞环境中,”他说。
他说,新知识也可以打开的可能性使用reflectins作为一种新型的生物分子标记用于医学和生物显微镜的应用程序。
这个项目,收到了来自国防应用研究计划局和支持美国空军科学研究办公室,也包括来自加州大学的研究人员,圣地亚哥和日本滨松光子学。
参考
Chatterjee等。(2020)。Cephalopod-inspired光学工程的人类细胞。自然通讯。DOI:https://doi.org/10.1038/s41467 - 020 - 16151 - 6
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