Ученые проектируют клетки человека с кальмароподобной прозрачностью

Ученые проектируют клетки человека с кальмароподобной прозрачностью

Осьминоги, кальмары и другие морские существа могут совершать исчезающее действие, используя специализированные ткани в своих телах для управления передачей и отражением света, и теперь исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине создали человеческие клетки, чтобы иметь схожие прозрачные способности.

В статье, опубликованной сегодня в Nature Communications , ученые описали, как они черпали вдохновение из кожи головоногих моллюсков, чтобы наделить клетки млекопитающих настраиваемой прозрачностью и светорассеивающими характеристиками.

«В течение тысячелетий люди были очарованы прозрачностью и невидимостью, которые вдохновляли философские спекуляции, произведения научной фантастики и многие научные исследования», – сказал ведущий автор Атроули Чаттерджи, аспирант UCI в области химической и биомолекулярной инженерии. «Наш проект, который, безусловно, принадлежит науке, направлен на разработку и конструирование клеточных систем и тканей с контролируемыми свойствами для передачи, отражения и поглощения света».

Чаттерджи работает в лаборатории Алона Городецкого, доцента химической и биомолекулярной инженерии UCI, который долгое время изучал, как можно изменять способности головоногих, изменяющих цвет, для разработки уникальных технологий, приносящих пользу людям. Биологические исследования его команды привели к прорыву в области инфракрасного камуфляжа и других современных материалов.

Для этого исследования группа черпала вдохновение в том, как кальмары женского пола Doryteuthis opalescens могут избегать хищников, динамически переключая полосу на их мантии с почти прозрачного на непрозрачный белый. Затем исследователи позаимствовали некоторые межклеточные белковые частицы, участвующие в этой методике биологического маскирования, и нашли способ ввести их в клетки человека, чтобы проверить, могут ли светорассеивающие способности передаваться другим животным.

У этого вида кальмаров есть специализированные отражающие клетки, называемые лейкофорами, которые могут изменять способ рассеивания света. Внутри этих клеток находятся лейкосомы, связанные с мембраной частицы, которые состоят из белков, известных как рефлексы, которые могут производить радужный камуфляж.

В своих экспериментах исследователи культивировали эмбриональные клетки почек человека и генетически сконструировали их для экспрессии рефлектина. Они обнаружили, что белок будет собираться в частицы в цитоплазме клеток в неупорядоченном расположении. Они также увидели через оптическую микроскопию и спектроскопию, что введенные структуры на основе рефлекса заставили клетки изменить свое рассеяние света.

«Мы были удивлены, обнаружив, что клетки не только экспрессируют рефлексин, но также упаковывают белок в сфероидальные наноструктуры и распределяют их по телам клеток», – сказал Городецкий, соавтор этого исследования. «Посредством количественной фазовой микроскопии мы смогли определить, что белковые структуры имели разные оптические характеристики по сравнению с цитоплазмой внутри клеток; иными словами, они оптически вели себя почти так же, как и у своих родных головоногих лейкофоров».

В другой важной части исследования команда проверила, можно ли включать и выключать отражательную способность с помощью внешних раздражителей. Они помещали клетки между стеклянными пластинами с покрытием и наносили различные концентрации хлорида натрия. Измеряя количество света, который был пропущен клетками, они обнаружили, что те, которые подвергаются воздействию более высоких уровней натрия, рассеивают больше света и больше выделяются из окружающей среды.

«Наши эксперименты показали, что эти эффекты проявляются в сконструированных клетках, но не в клетках, в которых отсутствуют частицы рефлекса, демонстрируя потенциально ценный метод для настройки светорассеивающих свойств в клетках человека», – сказал Чаттерджи.

В то время как люди-невидимки все еще находятся в сфере научной фантастики, Городецкий сказал, что исследования его группы могут принести ощутимую пользу в ближайшей перспективе.

«Этот проект показал, что можно создавать клетки человека с чувствительными к стимулам оптическими свойствами, вдохновленными лейкофорами у целфалопод, и это показывает, что эти удивительные рефлекторные белки могут сохранять свои свойства в чужих клеточных средах», – сказал он.

Он сказал, что новые знания также могут открыть возможность использования рефлексов в качестве нового типа биомолекулярного маркера для медицинской и биологической микроскопии.

В этом проекте, который получил поддержку со стороны Агентства прикладных исследований в области обороны и Управления научных исследований ВВС, также участвовали исследователи из Калифорнийского университета, Сан-Диего и Хамамацу Фотоникс в Японии.


Источник истории:

Материалы предоставлены Калифорнийским университетом – Ирвин . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. Атрули Чаттерджи, Хуана Алехандра Черна Санчес, Тойохико Ямаути, Ванесса Таупин, Джастин Кувретт, Алон А. Городецкий. Вдохновляющая головоногие оптическая инженерия клеток человека . Nature Communications , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038 / s41467-020-16151-6