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

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче

Исследователи из университета МИСИС усове...

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

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...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита

Новости компаний, релизы

Конференция по актуальным проблемам водоподготовки
Ученые ТПУ в составе международной коллаборации выяснили, что смертность от болезней сердца в мире снизилась на 35% за после...
ПМЭФ-2024: СПбГУ представил систему контроля на основе искусственного интеллекта
ИТ: тренды индустрии и рынка труда
Медики СПбГУ создали линию мышей для разработки новых методов лечения слепоты у человека