人类细胞首次实现可控可逆变透明新闻综合
一洗闲愁十五年
2020-06-03 16:48
来源：中国科技网 科技日报 作者：张梦然 时间：2020年06月03日
原文网址：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-06/03/content_446048.htm?div=-1
科技日报北京6月2日电 （记者张梦然）据英国《自然·通讯》杂志2日发表一项生物技术研究，一个美国研究团队称，首次在实验室内成功将人类细胞可控、可逆地变成透明。这一成果有助于开发材料科学和生物工程的独特生物光子工具，并极大推进人类对多种生物系统的透彻理解。
尽管自然界许多动物出于隐藏目的，已经进化出可受自身控制的透明度，但是迄今为止，对于活的人类细胞和组织的动态（即可控和可逆的）透明性的发展，仍然难以捉摸。
科学家们已知有许多头足类动物能够改变其皮肤传播、吸收和反射光的方式，实现伪装的目的。譬如，雌性乳光枪乌贼就可以通过这种机制，将外套膜从近乎透明的颜色变成白色以躲避攻击。不论是哪种情况，这个过程都是通过一系列白色素细胞来控制的，白色素细胞包含的反光蛋白质能够改变细胞的光学性质。
此次，美国加州大学欧文分校研究人员阿隆·格罗德斯基及其同事，受头足类动物的适应性皮肤细胞的启示，并从其结构和功能中汲取灵感，着手设计并改造了人类细胞。这些细胞包含可重构的基于蛋白质的光子结构，能够有控制地、可逆地变为透明。
研究团队选择的是人类胚肾细胞，通过改造使它们表达乳光枪乌贼外套膜中的反光蛋白质A1。之后，他们研究了表达该蛋白是否影响人类胚肾细胞与光的互作，以及这些性质是否可控。他们在实验室使用不同浓度的氯化钠溶液，改变了工程细胞的透明度。
透明化可以让科学家们对细胞中的每一个细微之处都精确观察，而可控、可逆的掌握这一变透明过程，将对细胞内部动态过程有更深刻的了解。研究人员总结表示，他们的最新成果将能更加清晰地显示活细胞和活组织内部所有的发生过程，并通过这一步加深科学家们对于各种生物系统的认识。
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当细胞可以变透明，人类也终于能更清晰地将这小东西看仔细。实际上，研究人员一直致力于探索生物体的精细结构，以便更好地了解细胞的生理病理过程。此前，科研人员也实现过组织器官的透明化，但可控可逆地透明化，还是头一遭。这相当于科研人员给细胞装上了某种开关，能够一键切换细胞状态。而且，它也是一项从自然界吸取灵感的研究。科研人员学习了乌贼的变色机制，着手改造人体细胞。自然界里果然卧虎藏龙，处处藏着闪耀着智慧光芒的“导师”。
人类细胞能像乌贼一样变透明
来源：科学网 中国科学报 作者：辛雨 时间：2020/6/3
原文网址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/6/440867.shtm
雌性乳光枪乌贼可以改变组织的透明度，以阻止具有攻击性的雄性乌贼。图片来源：Alamy
通过基因工程改造人类细胞，使其表达乌贼的透明蛋白，可能会使人类细胞的透明度改变，从而有一天可能会形成透明组织。
短期内，这种方法可能会帮助生物学家在显微镜下获得更好的活体组织图像。从长远来看，或许可以随心所欲地制造出透明的组织块，甚至可以通过基因工程制造出能够控制透明程度的有机体。
6月2日，美国加州大学欧文分校研究人员Alon Gorodetsky团队在《自然—通讯》发表最新研究称，他们首次在实验室内成功将人类细胞可控、可逆地变成透明。
Alon Gorodetsky说：“这是一个疯狂的、超前的想法。但当你看到乌贼这样做时，你就会觉得这并不遥远。”
许多头足类动物不仅能改变皮肤的颜色，还能控制它们的透明度。例如，乳光枪乌贼基本上是透明的，但雄性乌贼体内的白色睾丸可以看到。雌性乌贼通过将透明组织变成白色，形成类似于雄性乌贼睾丸的白色条纹，以此来阻止具有攻击性的雄性乌贼。
这个过程是在含有一种叫做反射蛋白的细胞层的帮助下做到的。当反射蛋白分子彼此分离时，大多数光会通过组织，进而变成透明。
但是，当这些蛋白质在细胞内聚集在一起时，它们的折射率（光穿过物质的速度）就会发生变化。蛋白质会散射更多的光，使细胞呈现白色。
Gorodetsky团队选择的是人类胚肾细胞，这是一种自然透明的细胞，并将其放在一个培养皿中进行基因改造，使其产生在乳光枪乌贼体内发现的反光蛋白。
通过改变胚肾细胞周围液体的盐度，可以使细胞内的反光蛋白聚集或分离。这改变了被细胞反射或穿过细胞的可见光的比例。
Gorodetsky表示，研究小组使用盐度来控制反光蛋白的聚集，因为这是最简单的方法，但在未来的应用中，还有很多其他的方法可以做到这一点。他的团队也在研究一种类似的方法，制造可以改变透明度的人造材料。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16151-6
