你知道你有骨架，但是你知道你的细胞也有骷髅吗？细胞骨架或细胞骨架是微小蛋白质细丝的变形网络，使细胞能够自我推进，携带货物并分裂。现在，一个由加州理工学院研究人员组成的跨学科团队设计了一种在实验室中研究和操纵试管中细胞骨架的方法。了解细胞如何控制运动有朝一日会导致用于治疗应用的微小的生物启发机器人。这项工作还有助于开发用于操作与分子生物学和化学相关的非常小规模的流体的新工具。
8月8日出版的“自然”杂志上发表的一篇论文描述了这项工作。
细胞骨架的构建块是细管状细丝，称为微管，可以一起形成三维支架。每个微管比人类头发细1000倍，长度仅约10微米（比普通黑蚂蚁小约1000倍）。除了驱动运动的运动蛋白质外，这些令人难以置信的小结构相结合，推动了相对较大的细胞 - 就像蚂蚁转向和为汽车提供动力。
在之前的研究中，研究人员将这些分子从细胞中取出并放入试管中，在这些试管中，小管和运动蛋白自发地聚集在一起，将自己组织成称为紫苑的星形结构。然而，试管中的紫苑如何与细胞骨架动力细胞运动相关仍然不清楚。此外，由紫苑形成所证明的集体微管组织涉及不完全理解的相互作用力。
“我们想知道的是：你如何从这些在实验室中自发形成紫菀结构，到控制其运动的细胞？并且，我们如何以细胞的方式控制这些分子？”该研究的第一作者，研究生泰勒罗斯说。
在罗斯的带领下，加州理工学院的一个研究小组探索了如何在细胞自然环境之外操纵组分细丝和运动蛋白。在试管中，它们将运动蛋白与天然存在于植物中的光活化蛋白联系起来，因此当光照射在它们上时，细管只能组织成紫苑。通过这种方式，研究人员可以通过投射不同的光模式来控制紫菀何时何地形成，使他们能够开发出关于紫菀形成的物理机制的理论。
控制紫苑不仅允许研究它们的形成，而且还使团队能够从结构中构建东西。 Ross开发了简单的光图案程序来放置，移动和合并各种尺寸的紫苑。该技术提供了一种操作结构和研究流体动力学的方法，这种方法通常难以处理;流体在如此小的体积下表现出棘手的行为。
“一般来说，在这种长度范围内操作流体和结构确实很困难。但这是我们对研究细胞和化学最感兴趣的规模;所有分子生物学都在这种规模上起作用，”罗斯说。 “我们的基于光的系统允许我们动态操纵我们的系统。我们可以通过显微镜观察并说'我们已经足够了，让我们开始在那里做路线'，并相应地改变灯光模式。我们可以使用aster结构以这样的方式，它们可以在非常小的长度范围内搅拌和混合溶液。“
该研究是计算生物学和遗传医学研究所研究员助理教授Matt Thomson和生物物理学，生物学和物理学教授Rob Phillips，Fred和Nancy Morris的实验室之间的合作。 Thomson指出，这项合作在该项目中实现了关键性的突破，Ross在2017年两次来到加州理工学院之前在加州大学旧金山分校（UCSF）的Thomson实验室开始了。在加州理工学院，他们与Heun Jin Lee，工作人员合作具有广泛的光学专业知识的科学家，开发一种专门的显微镜，用它们可以观察紫苑的形成和直接精确的光线模式。
“这是我职业生涯中见过的最伟大的合作之一，”汤姆森说。 “这个故事真实地讲述了社区，你如何在不同领域开展工作，人们将支持和培养它。我们得到了从事DNA纳米技术工作的人以及从事化学工程和流体动力学工作的人的反馈。”
——文章发布于2019年8月8日
