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纳米器件通过从内部跟踪显示细胞如何随时间变

更新时间:2020-09-15 18:19点击:

  对单细胞胚胎的这项工作旨在改变我们对总体上支持细胞行为的机制的理解,并可能最终提供有关衰老和疾病出在哪里的真知灼见。

  这项研究由巴斯大学生物学与生物化学系的托尼·佩里(Tony Perry)教授领导,涉及将基于硅的纳米装置与精子一起注入小鼠的卵细胞。结果是一个健康的受精卵,里面装有跟踪装置。

  这些微小的设备有点像蜘蛛,带有八个高度灵活的“腿”。腿测量细胞内部施加的“拉力和推力”以非常高的精度,从而揭示出正在发挥作用的细胞力,并显示细胞内物质如何随时间重新排列。

  纳米器件非常薄-与电池的某些结构组件相似,尺寸为22纳米,使它们比磅硬币还要薄100,000倍。这意味着当单细胞胚胎开始航行成为两细胞胚胎时,它们可以灵活地记录细胞的细胞质运动。

  佩里教授说:“这是从内部如此规模的任何细胞的物理学的第一印象。”“这是任何人第一次从内部看到细胞材料如何运动并自我组织。”

  佩里教授解释说,细胞内的活动决定了细胞的功能。他说:“细胞内物质的行为可能与基因表达一样对细胞行为产生影响。”然而,直到现在,这种关于细胞材料的复杂舞蹈仍未得到充分研究。结果,科学家已经能够识别组成细胞的元素,但不能识别细胞内部整体的行为。

  佩里教授说:“从生物学和胚胎学的研究中,我们了解了某些分子和细胞现象,并将这些信息编入了还原论的事物运作方式的叙述中,但现在这种叙述正在改变。”该叙述主要由生物学家撰写,他们带来了生物学的问题和工具。缺少的是物理。物理学询问驱动细胞行为的力,并提供一种自上而下的方法来寻找答案。

  选择小鼠胚胎是因为它们的体积较大(直径为100微米或1亿分之一米,而普通细胞的直径仅为10微米[10百万分之一]) )。这意味着在每个胚胎内部,都有用于跟踪设备的空间。

  研究人员通过检查在胚胎发育过程中通过显微镜拍摄的录像来进行测量。佩里教授说:“有时候,设备会被比肌肉细胞内部更大的力倾斜和扭曲。”“在其他时候,设备移动得很少,表明细胞内部已经变得平静。这些过程并没有什么随机性-从拥有一个细胞的胚胎开始,所有事情都是以可预测的方式完成的。 。”

  结果增加了生物学的新形象,表明活细胞内的物质不是静态的,而是随着细胞执行其功能或对环境作出反应而以预定的方式改变其性质。这项工作可能有一天会影响我们对细胞如何老化或停止其应有的工作的了解,这就是疾病的发生。

  该研究于本周在《自然材料》上发表,涉及英国,西班牙和美国的生物学家,材料科学家和物理学家之间的跨学科合作。


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