Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã mô tả làm thế nào họ lấy cảm hứng từ da cephalepad để ban cho các tế bào động vật có vú với các đặc tính trong suốt và tán xạ ánh sáng.
Bạch tuộc, mực và các sinh vật biển khác có thể thực hiện hành động biến mất bằng cách sử dụng các mô chuyên biệt trong cơ thể để điều khiển sự truyền và phản xạ ánh sáng, và giờ đây các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Irvine đã chế tạo các tế bào người có khả năng trong suốt tương tự.
Trong một bài báo được công bố hôm nay trên tạp chí Nature Communications , các nhà khoa học đã mô tả cách họ lấy cảm hứng từ da cephalepad để ban cho các tế bào động vật có vú với các đặc tính trong suốt và tán xạ ánh sáng.
“Trong nhiều thiên niên kỷ, mọi người đã bị mê hoặc bởi tính minh bạch và vô hình, điều này đã truyền cảm hứng cho sự suy đoán triết học, các tác phẩm khoa học viễn tưởng và nhiều nghiên cứu học thuật”, tác giả chính Atrouli Chatterjee, nghiên cứu sinh tiến sĩ UCI về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học cho biết. “Dự án của chúng tôi – được quyết định trong lĩnh vực khoa học – tập trung vào thiết kế và chế tạo các hệ thống và mô tế bào với các đặc tính có thể kiểm soát để truyền, phản xạ và hấp thụ ánh sáng.”
Chatterjee làm việc trong phòng thí nghiệm của Alon Gorodetsky, phó giáo sư kỹ thuật hóa học & phân tử sinh học của UCI, người có lịch sử lâu dài trong việc khám phá khả năng thay đổi màu sắc của cephalepads có thể được bắt chước để phát triển các công nghệ độc đáo để mang lại lợi ích cho con người. Nghiên cứu sinh học của nhóm ông đã dẫn đến những phát triển đột phá về ngụy trang hồng ngoại và các vật liệu tiên tiến khác.
Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ cách con mực cái Doryteuthis opalescens có thể trốn tránh kẻ săn mồi bằng cách tự động chuyển một dải trên lớp phủ của chúng từ gần như trong suốt sang màu trắng đục. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã mượn một số hạt dựa trên protein liên kết với kỹ thuật che giấu sinh học này và tìm ra cách đưa chúng vào tế bào người để kiểm tra xem liệu năng lượng tán xạ ánh sáng có thể chuyển sang các động vật khác hay không.
Loài mực này có các tế bào phản xạ chuyên biệt gọi là leucophores có thể thay đổi cách chúng tán xạ ánh sáng. Trong các tế bào này là leucosome, các hạt liên kết màng bao gồm các protein được gọi là Reflins, có thể tạo ra sự ngụy trang óng ánh.
Trong các thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy tế bào thận phôi người và biến đổi gen để biểu hiện phản xạ. Họ phát hiện ra rằng protein sẽ tập hợp thành các hạt trong tế bào chất của tế bào theo sự sắp xếp rối loạn. Họ cũng nhìn thấy qua kính hiển vi quang học và quang phổ học mà các cấu trúc dựa trên phản xạ được đưa vào đã khiến các tế bào thay đổi sự tán xạ ánh sáng của chúng.
Gorodetsky, đồng tác giả của nghiên cứu này cho biết: “Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy rằng các tế bào không chỉ biểu hiện Reflin mà còn đóng gói protein trong cấu trúc nano hình cầu và phân phối chúng khắp cơ thể của tế bào”. “Thông qua kính hiển vi pha định lượng, chúng tôi có thể xác định rằng các cấu trúc protein có các đặc điểm quang học khác nhau khi so sánh với tế bào chất bên trong các tế bào; nói cách khác, chúng hoạt động gần như giống như trong các tế bào bạch cầu tự nhiên của chúng.”
Trong một phần quan trọng khác của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra xem liệu độ phản xạ có thể được bật và tắt thông qua các kích thích bên ngoài hay không. Họ kẹp các tế bào ở giữa các tấm thủy tinh tráng và áp dụng nồng độ natri clorua khác nhau. Đo lượng ánh sáng được truyền bởi các tế bào, họ phát hiện ra rằng những ánh sáng tiếp xúc với nồng độ natri cao hơn tán xạ nhiều ánh sáng hơn và nổi bật hơn so với môi trường xung quanh.
Chatterjee nói: “Các thí nghiệm của chúng tôi cho thấy những hiệu ứng này xuất hiện trong các tế bào được thiết kế nhưng không phải trong các tế bào thiếu các hạt Reflin, chứng minh một phương pháp có giá trị tiềm năng để điều chỉnh các đặc tính tán xạ ánh sáng trong tế bào người”.
Trong khi con người vô hình vẫn vững vàng trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng, Gorodetsky cho biết nghiên cứu của nhóm ông có thể mang lại một số lợi ích hữu hình trong thời gian tới.
Dự án này cho thấy rằng có thể phát triển các tế bào của con người với các đặc tính quang phản ứng kích thích được lấy cảm hứng từ leucophores trong celphalepads và nó cho thấy các protein phản xạ tuyệt vời này có thể duy trì các đặc tính của chúng trong môi trường tế bào nước ngoài.
Gorodetsky cho biết kiến thức mới cũng có thể mở ra khả năng sử dụng Reflins như một loại dấu phân tử sinh học mới cho các ứng dụng kính hiển vi y học và sinh học.
Dự án này nhận được sự hỗ trợ từ Cơ quan Dự án Nghiên cứu Ứng dụng Quốc phòng và Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân, cũng có sự tham gia của các nhà nghiên cứu từ Đại học California, San Diego và Hamamatsu Photonics tại Nhật Bản.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Irvine . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :