卡尔斯鲁厄理工学院 一个国际研究小组用来使单个细胞变形的“空”支架(没有水凝胶)的电子显微照片
信用:马克希普勒，基特 细胞的行为受其环境控制
除了生物因素或化学物质之外，还涉及压力或张力等物理力
卡尔斯鲁厄理工学院和海德堡大学的研究人员开发了一种方法，使他们能够分析外力对单个细胞的影响
通过三维打印过程，他们制作了微型支架，每个支架有四根柱子，上面有一个细胞
在外部信号的触发下，支架内的水凝胶膨胀并将柱子推开，因此细胞必须“伸展”
这项工作是“三维物质定制”(3DMM2O)卓越集群的一部分
研究人员在《科学进展》上报告了他们的结果
许多细胞生物学过程，如伤口愈合或组织发育，都受到其环境特性的强烈影响
例如，细胞对生物因素或化学物质起反应
然而，研究越来越多地集中在作用在细胞上的物理力上:细胞到底是如何适应这些力的？ 在德日大学联盟HeKKSaGOn的框架内，与澳大利亚科学家合作，3DMM2O团队对这个问题采取了特别巧妙的方法
为了生产他们的细胞“拉伸架”，他们使用了“直接激光写入”，一种特殊的三维打印过程，其中计算机控制的激光束被聚焦到一种特殊的打印机墨水液体中
它的分子只在暴露的区域起反应，并在那里形成固体物质
所有其他区域保持液态，可以被冲走
该出版物的主要作者、基特应用物理研究所的马克·希普勒解释说:“这是我们卓越团队建立三维结构的既定方法——微米级及以下。”
在目前的情况下，研究人员使用了三种不同的打印机墨水:第一种墨水由蛋白质排斥材料制成，用于形成实际的微支架
使用第二种吸引蛋白质的材料，他们制作了四根水平杆，每根连接到一个支架柱上
该单元锚定在这四个杆上
然而，真正令人震惊的是第三种墨水:科学家们用它在支架内“打印”出一团东西
如果他们加入一种特殊的液体，水凝胶就会膨胀
因此，它产生了一个足以移动柱子和横杆的力
这进而具有拉伸固定在杆上的单元的效果
处于正常(左)和伸展状态(右)的染色胚胎小鼠细胞的光镜图像
红色箭头表示作用在细胞上的力
信用:马克希普勒 细胞抵消变形 卓越集团的科学家将两种完全不同的细胞类型放在他们的微型拉伸架上:人类骨肿瘤细胞和胚胎小鼠细胞
他们发现，细胞用运动蛋白抵消外力，从而大大增加了它们的张力
当外部拉伸力被移除时，细胞松弛并回到它们的原始状态
“这种行为令人印象深刻地展示了适应动态环境的能力
“如果细胞不能恢复，它们将不再完成它们最初的功能——例如伤口愈合，”基特动物研究所的马丁·巴斯特梅尔教授说
研究小组进一步发现，一种叫做NM2A(非肌肉肌球蛋白2A)的蛋白质在细胞对机械刺激的反应中起着决定性的作用:不能产生NM2A的转基因骨肿瘤细胞几乎不能抵消外部变形
海德堡生物物理化学领域的科学家以及知识、创新和技术领域的物理、细胞和神经生物学的科学家开展了卓越集群的工作
德日大学联盟的成员包括海德堡大学、卡尔斯鲁厄理工学院和大阪大学等
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