UCI科學(xué)家利用魷魚的透明度來(lái)改造人類細(xì)胞

加州歐文2020年6月2日訊——章魚、魷魚等海洋生物可以通過(guò)利用體內(nèi)特殊組織操縱光的透射和反射而消失。現(xiàn)在，加州大學(xué)歐文分校的研究人員已經(jīng)改造了人類細(xì)胞，使其具有類似的透明度。

在今天《自然通訊》發(fā)表的一篇論文中，科學(xué)家描述了他們?nèi)绾螐念^足類動(dòng)物的皮膚中獲得靈感，并賦予哺乳動(dòng)物細(xì)胞可調(diào)節(jié)的透明度和光散射特性。

UCI大學(xué)化學(xué)和生物分子工程專業(yè)的博士生Atrouli Chatterjee說(shuō)：“幾千年來(lái)，人們一直被透明性和不可見(jiàn)性迷住，這激發(fā)了人們的哲學(xué)思考、科幻小說(shuō)和許多學(xué)術(shù)研究?！薄拔覀兊捻?xiàng)目——絕對(duì)科學(xué)——專注于設(shè)計(jì)和工程化具有可控特性的細(xì)胞系統(tǒng)和組織，以傳輸、反射和吸收光?！?

查特吉在UCI大學(xué)化學(xué)和生物分子工程副教授阿龍戈羅德茨基的實(shí)驗(yàn)室工作。他長(zhǎng)期探索如何模仿頭足類動(dòng)物的變色能力，開(kāi)發(fā)獨(dú)特的技術(shù)，造福人類。他的團(tuán)隊(duì)的生物啟發(fā)研究導(dǎo)致了紅外偽裝和其他先進(jìn)材料的突破性發(fā)展。

在這項(xiàng)研究中，研究小組從雌性不透明魷魚(Doryteuthis opalescens squid)可以動(dòng)態(tài)地將其外套膜上的條紋從幾乎透明的白色切換到不透明的白色以躲避捕食者的方式中獲得了靈感。然后，研究人員借用了一些基于細(xì)胞間蛋白的粒子，參與了這種生物隱藏技術(shù)，并找到了一種將它們引入人體細(xì)胞的方法，以測(cè)試光散射能力是否可以轉(zhuǎn)移到其他動(dòng)物身上。

這種烏賊有特殊的反射細(xì)胞，稱為無(wú)色細(xì)胞，可以改變它們散射光的方式。在這些細(xì)胞中，有無(wú)色的小體，這是由被稱為反射蛋白的蛋白質(zhì)組成的膜結(jié)合顆粒，可以產(chǎn)生彩虹色的偽裝。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員培養(yǎng)了人類胚胎腎細(xì)胞，并對(duì)其進(jìn)行基因改造以表達(dá)反射蛋白。他們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)以隨機(jī)排列的方式組裝成細(xì)胞質(zhì)顆粒。他們還通過(guò)光學(xué)顯微鏡和光譜學(xué)觀察到，引入的基于反射蛋白的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)胞改變光散射。

這項(xiàng)研究的合著者Gorodetsky說(shuō)：“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞不僅表達(dá)了反射蛋白，還將蛋白包裝成球形納米結(jié)構(gòu)，并將其分布在整個(gè)細(xì)胞中?！薄巴ㄟ^(guò)定量相顯微鏡，我們可以確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)胞質(zhì)相比具有不同的光學(xué)特性；換句話說(shuō)，它們的光學(xué)行為與天然頭足類固定器幾乎相同?！?

在這項(xiàng)研究的另一個(gè)重要部分，研究小組測(cè)試了反射率是否可以通過(guò)外部刺激來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉。他們將細(xì)胞夾在有涂層的玻璃板之間，并使用不同濃度的氯化鈉。通過(guò)測(cè)量細(xì)胞透射的光量，他們發(fā)現(xiàn)暴露在高鈉水平下的細(xì)胞會(huì)散射更多的光，這比周圍的環(huán)境更明顯。

查特吉說(shuō)：“我們的實(shí)驗(yàn)表明，這些效應(yīng)發(fā)生在工程細(xì)胞中，但不發(fā)生在缺乏反射性蛋白質(zhì)顆粒的細(xì)胞中，這表明了一種潛在的有價(jià)值的方法來(lái)調(diào)節(jié)人類細(xì)胞的光散射特性?！?

雖然看不見(jiàn)的人類仍然牢牢地留在科幻領(lǐng)域，但戈羅德茨基說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)的研究可以在短期內(nèi)提供一些有形的好處。

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