哥廷根大學的研究人員發現了細胞骨架的驚人特性。大多數生物細胞在生物體內都有一個固定的位置。然而，在某些情況下，這些細胞會獲得流動性，使它們能夠在體內游走。這種情況出現在傷口恢復或癌細胞肆意分裂並擴散至全身等過程中。流動細胞和靜止細胞的特徵表現出若干差異，其中一個顯著差異是它們的細胞骨架結構。

生物細胞的顯微圖像：右上（綠色）-成纖維細胞中的波形蛋白中間絲；左下（紅色）-上皮細胞中的角蛋白中間絲。比例尺： 10 µm。圖片來源：右上角（綠色）： 左下（紅色）： Ruth Meyer

這種蛋白絲結構使細胞穩定、可伸展並能抵抗外力。在這方面，”中間絲”發揮著重要作用。有趣的是，在移動和靜止細胞中發現了兩種不同類型的中間絲。哥廷根大學和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員成功地精確測量並描述了這兩種絲的機械特性。在此過程中，他們發現了與非生物材料的相似之處。研究結果發表在《物質》（Matter）雜誌上。

科學家們使用光學鑷子研究細絲在拉力作用下的行為。他們將細絲的末端連接到微小的塑料珠上，然後在激光束的幫助下以可控的方式移動這些塑料珠。這拉伸了兩種不同類型的細絲，即波形蛋白和角蛋白。研究人員找出了拉伸所需的力，以及不同細絲在多次拉伸後的表現。

令人驚訝的是，這兩種不同的細絲在反复拉伸時的表現截然不同：波形蛋白細絲變軟並保持其長度，角蛋白細絲變長並保持其硬度。

實驗結果與分子相互作用的計算機模擬相吻合：在波形蛋白絲中，研究人員假定結構打開，類似於由多種成分組成的凝膠；在角蛋白絲中，他們假定結構相互移動，類似於金屬。這兩種機制都解釋了細胞骨架中的中間絲網絡可以發生強烈變形而不受損害。然而，這種保護因素是由根本不同的物理原理解釋的。

這項研究的第一作者Charlotta Lorenz博士解釋說：”這些結果拓展了我們對不同細胞類型為何具有如此不同機械特性的理解。”該研究的負責人、哥廷根大學X射線物理研究所的Sarah Köster教授補充說：”我們可以從大自然中汲取營養，考慮設計新型、可持續和可轉化的材料，這些材料的特性可以根據要求進行選擇或設計。”