研究小组表明细胞膜可以在光的作用下发生可逆变形

膜在活细胞中完成多种任务：例如，它们将细胞与周围环境分开，从而保护它们。此外，通过运输蛋白质，它们将必需的营养物质输送到内部。当细胞一起生长形成组织、通过分裂增殖或移动时，膜也发挥着重要作用。

由明斯特大学有机化学研究所的BartJanRavoo教授和哥廷根大学第三物理生物物理研究所的TimoBetz教授领导的研究小组现在首次描述了如何通过利用光靶向细胞膜，活细胞可以可逆地重塑。该研究已发表在《自然通讯》杂志上。

在实验室实验中，研究小组成功改变了红细胞的形状。这些细胞通常呈圆盘状(“盘状细胞”)，但它们也可以呈多刺的形式，表面有突起(“棘状细胞”或“毛刺细胞”)。在他们的实验中，研究人员使用了一种“分子光开关”，将其插入细胞膜中，其作用是使细胞呈现出刺状毛刺细胞的形状。

当受到紫外线辐射时，细胞在几秒钟内再次改变形状，然后看起来像自然界中存在的扁平盘细胞。在可见光下，它们再次呈现出毛刺细胞形状。这个过程重复了几次。

这种形状变化的基础是一种分子，该分子具有与细胞膜中的分子相似的结构，并且具有通过改变其形式来响应光的附加功能单元：偶氮苯。“因为偶氮苯是疏水性的，换句话说，它具有防水特性，所以我们另外插入了亲水性、水溶性侧链，”主要作者、来自BartJanRavoo团队的FabianHöglsperger博士解释道。

“这种设计非常接近自然界中细胞膜中发现的脂质分子。我们设计和生产的偶氮苯衍生物与自然界中发现的脂质分子之间的差异很小，但足以引起光的作用使细胞膜发生显着变化。”

研究小组对细胞在受到紫外线照射时迅速变成扁平状这一事实的解释是偶氮苯分子的结构发生了变化。这种改变的分子变体驻留在细胞膜中的可能性较小，并且在具有棘红细胞形式的膜中出现的投影变得更平坦。当受到可见光照射时，光开关会触发逆反应，棘红细胞形态会退化。

该研究涉及基础研究。但是，正如BartJanRavoo所说，“将来，这种简单但有效的方法可以帮助研究细胞对其周围环境的反应(取决于它们的形状)，或者利用光来控制细胞分裂和细胞迁移等过程。”

自然界中细胞发生的形状变化也是由于膜的结构造成的。具有亲水性头部和疏水性侧链的双层分子非常稳定，分子不易通过。同时，该层是可移动的，使其能够对内部和外部刺激做出反应。FabianHöglsperger说：“正如通常的情况一样，这种形状的变化在自然界中很容易发生，但在实验室条件下很难控制。”

这项研究汇集了来自明斯特大学和哥廷根大学四个研究所的研究人员，他们在合成、理论和物理化学以及生物物理学和细胞生物学领域拥有专业知识。该团队在工作中使用的方法包括光谱学和显微镜法。红细胞是人类细胞。

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