PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили сплетение волокон, поддерживающих структуру живых клеток, для разработки нанотехнологической платформы. В конечном итоге новая разработка может привести к развитию мягкой робототехники, созданию новых лекарств и синтетических систем для высокоточного переноса биомолекул.

В статье, опубликованной 17 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи продемонстрировали метод, который позволяет им точно контролировать рост биополимерных сетей, подобных тем, что составляют часть клеточного скелета. Они смогли построить эти сети на микрочипе, сформировав тип цепи, работающей с химическими, а не электрическими сигналами.

Внутри клеток белки тубулина образуют длинные и невероятно тонкие стержни, называемые микротрубочками. Сети микротрубочек, подобно корням деревьев, разрастаются в разветвленные системы, образующие основной элемент цитоскелета, который придает клеткам форму и позволяет им делиться.

Кроме того, что микротрубочки помогают поддерживать форму клетки, они также работают как молекулярная железная дорога. Специализированные белки-двигатели переносят молекулярные грузы по филаментам микротрубочек. Небольшие изменения в молекулярном составе микротрубочек действуют как указатели, корректирующие курс химических носителей, отправляя молекулярные грузы по назначению. В Принстоне вопросы об этих внутриклеточных сетях привели к сотрудничеству Сабины Петри, доцента кафедры молекулярной биологии, и Говарда Стоуна, профессора механической и аэрокосмической инженерии, специализирующегося на механике жидкостей.

Биологические системы, которыми мы вдохновлялись, — это аксоны, — говорит Мейсам Заферани, один из ведущих исследователей и доктор медицины, сотрудник Института биоинженерии и молекулярной биологии в Принстоне.

Аксоны — это длинные выступы, выходящие из нейрона, которые позволяют осуществлять направленный молекулярный транспорт.

В нервной системе сети микротрубочек работают как структуры, соединяющие нервные клетки, и как средство передачи химических сигналов, вызывающих ощущения. По словам Заферани, ученые все еще работают над пониманием элементов роста и химических свойств микротрубочек. Но, по его словам, исследовательская группа хотела узнать, смогут ли они использовать эти сети для практического применения.

Инженеры и физики начали изучать микротрубочки как компоненты для создания новых материалов и технологий, — сказал он.

Остается много загадок про их фундаментальные свойства, но мы знаем достаточно, чтобы начать думать о том, как мы могли бы создавать эти системы.

Вместе с соисследователем Рюнджуном Сонгом Заферани работал над созданием системы контроля роста микротрубочек в чистых лабораториях Принстонского института материалов. Используя специализированное оборудование для микро/нанофабрикации и микрофлюидики, исследователи точно контролировали рост ветвей микротрубочек. Они могли регулировать угол и направление роста и смогли создать микроструктуры, в которых направление роста микротрубочек регулировалось. По словам Заферани, Институт материалов предлагает уникальное сочетание оборудования и опыта, которое трудно найти где-либо еще.

В дальнейшем исследователи планируют направлять химические грузы вдоль ветвей микротрубочек. Цель — создать управляемую химическую транспортную систему. В рамках смежной работы они также изучают возможность использования сетей микротрубочек в качестве инструментов, подобных микропинцетам, которые оказывают физическое воздействие на невероятно крошечные объекты.

Исследовательская группа Петри давно сотрудничает со Стоуном, профессором механической и аэрокосмической инженерии Дональдом Р. Диксоном '69 и Элизабет В. Диксон, на стыке биологии и гидродинамики. В 2021 году они получили грант от Принстонского фонда трансформирующихся технологий Эрика и Венди Шмидт. Они наняли Сонга, инженера-механика, который в своей аспирантуре занимался микрофлюидикой, и Заферани, биофизика, изучавшего сигналы, которые помогают сперматозоидам млекопитающих двигаться к яйцеклетке.

Стоун, который часто сотрудничает с коллегами из инженерных и естественных наук, говорит, что смешение знаний из разных дисциплин часто приводит к замечательным результатам.

Мне очень интересно находить проблемы, связанные с механикой жидкостей, в других областях, — заключает он.

Часто я нахожу тему, которая плохо понятна ученым с другой стороны и плохо понятна мне самому, и мы вместе пытаемся разобраться в ней.

25.01.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков