蜂窝脚手架重新布线以制造微型铁路

普林斯顿大学的研究人员已经学会利用维持活细胞结构的薄纱支架，并用它来开发纳米技术平台。该技术最终可能会推动软机器人技术、新药物以及高精度生物分子运输合成系统的发展。

在1 月 17 日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章中，研究人员展示了一种方法，使他们能够精确控制生物聚合物网络(如构成细胞骨架一部分的生物聚合物网络)的生长。他们能够在微上构建这些网络，形成一种使用化学信号而不是电信号运行的电路。

在细胞内部，微管蛋白形成又长又细的杆，称为微管。微管网络像树根一样生长成分支系统，形成细胞骨架的主要元素，赋予细胞形状并使其能够分裂。

除了帮助维持细胞形状外，微管支架还起到分子铁路的作用。专门的运动蛋白沿着微管丝携带分子负载。微管分子组成的微小变化就像路标一样调整化学载体的路线，将分子有效载荷发送到目的地。在普林斯顿大学，关于这些细胞内网络的问题促使分子生物学副教授萨宾·佩特里 (Sabine Petry ) 和专门研究流体力学的机械和航空航天工程教授霍华德·斯通 ( Howard Stone)之间进行了合作。

“我们受到轴突启发的生物系统，”主要研究人员之一、吉尔伯特·S·奥曼医学博士梅萨姆·扎费拉尼 (Meisam Zaferani ) 说。'61 和 Martha A. Darling *70 普林斯顿大学生物工程研究所和分子生物学研究员。“轴突是从神经元中伸出的长突起，可以进行定向分子运输。”

在神经系统中，微管网络既作为连接神经细胞的结构，又作为神经系统传递产生感觉的化学信号的手段。扎费拉尼说，科学家们仍在努力了解微管生长的元素和化学性质。但他表示，研究团队想知道他们是否可以利用该网络进行实际应用。

“工程师和物理学家已经开始研究微管作为构建新型材料和技术的组成部分，”他说。“它们的基本特性有很多谜团，但我们知道的足够多，可以开始思考如何设计这些系统。”

Zaferani 与联合研究员 Rungeun Song 合作，在普林斯顿材料研究所的洁净室实验室中创建了一个控制微管生长的系统。研究人员利用微/纳米加工和微流体学的专用设备，精确控制微管分支的生长。他们能够调整生长的角度和方向，并能够创建微管生长方向受到调节的微结构。扎费拉尼表示，材料研究所提供了独特的设备和专业知识组合，这在其他地方很难找到。

研究人员计划通过引导化学物质沿着微管分支进行后续研究。目标是建立可控的化学品运输系统。在一项相关的工作中，他们还在研究使用微管网络作为一种工具，例如微型镊子，可以对极其微小的物体施加物理力。

Petry 的研究小组长期与机械和航空航天工程教授 Donald R. Dixon '69 和 Elizabeth W. Dixon 教授 Stone 在生物学和流体动力学的交叉领域进行合作。2021 年，他们获得了普林斯顿大学埃里克和温迪施密特变革技术基金的资助。他们聘请了机械工程师宋，他在研究生阶段专注于微流体技术。扎费拉尼是一位生物物理学家，他研究了帮助哺乳动物精子细胞向卵子导航的线索。

斯通经常与工程和自然科学领域的同事合作，他表示，混合不同学科的专业知识往往会带来显着的成果。

“我发现在其他领域发现涉及流体力学的问题非常有趣，”他说。“我经常发现一个话题，对方的科学家和我自己都不太理解，我们一起努力找出答案。”

这篇题为“通过分支微管网络构建片上细胞骨架电路”的论文于 1 月 17 日在线发表在《美国国家科学院院刊》上。该项目的部分支持由普林斯顿大学埃里克和温迪施密特变革技术基金提供。

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