UCI科學家利用魷魚的透明度來改造人類細胞

加州歐文2020年6月2日訊——章魚、魷魚等海洋生物可以通過利用體內特殊組織操縱光的透射和反射而消失?，F(xiàn)在，加州大學歐文分校的研究人員已經改造了人類細胞，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，科學家描述了他們如何從頭足類動物的皮膚中獲得靈感，并賦予哺乳動物細胞可調節(jié)的透明度和光散射特性。

UCI大學化學和生物分子工程專業(yè)的博士生Atrouli Chatterjee說：“幾千年來，人們一直被透明性和不可見性迷住，這激發(fā)了人們的哲學思考、科幻小說和許多學術研究?！薄拔覀兊捻椖俊^對科學——專注于設計和工程化具有可控特性的細胞系統(tǒng)和組織，以傳輸、反射和吸收光?！?

查特吉在UCI大學化學和生物分子工程副教授阿龍戈羅德茨基的實驗室工作。他長期探索如何模仿頭足類動物的變色能力，開發(fā)獨特的技術，造福人類。他的團隊的生物啟發(fā)研究導致了紅外偽裝和其他先進材料的突破性發(fā)展。

在這項研究中，研究小組從雌性不透明魷魚(Doryteuthis opalescens squid)可以動態(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胞間蛋白的粒子，參與了這種生物隱藏技術，并找到了一種將它們引入人體細胞的方法，以測試光散射能力是否可以轉移到其他動物身上。

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

在他們的實驗中，研究人員培養(yǎng)了人類胚胎腎細胞，并對其進行基因改造以表達反射蛋白。他們發(fā)現(xiàn)蛋白質以隨機排列的方式組裝成細胞質顆粒。他們還通過光學顯微鏡和光譜學觀察到，引入的基于反射蛋白的結構導致細胞改變光散射。

這項研究的合著者Gorodetsky說：“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些細胞不僅表達了反射蛋白，還將蛋白包裝成球形納米結構，并將其分布在整個細胞中?！薄巴ㄟ^定量相顯微鏡，我們可以確定蛋白質結構與細胞內部的細胞質相比具有不同的光學特性；換句話說，它們的光學行為與天然頭足類固定器幾乎相同?！?

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

查特吉說：“我們的實驗表明，這些效應發(fā)生在工程細胞中，但不發(fā)生在缺乏反射性蛋白質顆粒的細胞中，這表明了一種潛在的有價值的方法來調節(jié)人類細胞的光散射特性。”

雖然看不見的人類仍然牢牢地留在科幻領域，但戈羅德茨基說，他的團隊的研究可以在短期內提供一些有形的好處。

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