نمونه ترجمه

Bio Inspired Research Project a First Step Toward Intrinsically Translucent Tissue

http://scitechdaily.com/darpa-invisible-man-human-cells-engineered-with-squid-like-trancparency/amp/

By: University of California – Irvine

۲۰ June, 2020

Word count: 642

Octopuses, squids and other sea creatures can perform a disappearing act by using specialized tissues in their bodies to manipulate the transmission and reflection of light, and now researchers at the University of California, Irvine have engineered human cells to have similar transparent abilities.

In a paper published today in Nature Communications, the scientists described how they drew inspiration from cephalopod skin to endow mammalian cells with tunable transparency and light-scattering characteristics.

“For millennia, people have been fascinated by transparency and invisibility, which have inspired philosophical speculation, works of science fiction, and much academic research,” said lead author Atrouli Chatterjee, a UCI doctoral student in chemical & biomolecular engineering. “Our project — which is decidedly in the realm of science — centers on designing and engineering cellular systems and tissues with controllable properties for transmitting, reflecting, and absorbing light.”

Chatterjee works in the laboratory of Alon Gorodetsky, UCI associate professor of chemical & biomolecular engineering, who has a long history of exploring how cephalopods’ color-changing capabilities can be mimicked to develop unique technologies to benefit people. His team’s bioinspired research has led to breakthrough developments in infrared camouflage and other advanced materials.

For this study, the group drew inspiration from the way female Doryteuthis opalescens squids can evade predators by dynamically switching a stripe on their mantle from nearly transparent to opaque white. The researchers then borrowed some of the intercellular protein-based particles involved in this biological cloaking technique and found a way to introduce them into human cells to test whether the light-scattering powers are transferable to other animals.

This species of squid has specialized reflective cells called leucophores which can alter the how they scatter light. Within these cells are leucosomes, membrane-bound particles which are composed of proteins known as reflectins, which can produce iridescent camouflage.

In their experiments, the researchers cultured human embryonic kidney cells and genetically engineered them to express reflectin. They found that the protein would assemble into particles in the cells’ cytoplasm in a disordered arrangement. They also saw through optical microscopy and spectroscopy that the introduced reflectin-based structures caused the cells to change their scattering of light.

“We were amazed to find that the cells not only expressed reflectin but also packaged the protein in spheroidal nanostructures and distributed them throughout the cells’ bodies,” said Gorodetsky, a co-author on this study. “Through quantitative phase microscopy, we were able to determine that the protein structures had different optical characteristics when compared to the cytoplasm inside the cells; in other words, they optically behaved almost as they do in their native cephalopod leucophores.”

In another important part of the study, the team tested whether the reflectance could potentially be toggled on and off through external stimuli. They sandwiched cells in between coated glass plates and applied different concentrations of sodium chloride. Measuring the amount of light that was transmitted by the cells, they found that the ones exposed to higher sodium levels scattered more light and stood out more from the surroundings.

“Our experiments showed that these effects appeared in the engineered cells but not in cells that lacked the reflectin particles, demonstrating a potential valuable method for tuning light-scattering properties in human cells,” Chatterjee said.

While invisible humans are still firmly in the realm of science fiction, Gorodetsky said his group’s research can offer some tangible benefits in the near term.

“This project showed that it’s possible to develop human cells with stimuli-responsive optical properties inspired by leucophores in celphalopods, and it shows that these amazing reflectin proteins can maintain their properties in foreign cellular environments,” he said.

He said the new knowledge also could open the possibility of using reflectins as a new type of biomolecular marker for medical and biological microscopy .applications

پروژه تحقیقاتی زیست‌الهام‌بخش، اولین قدم به سوی بافت شفاف اصلی

http://scitechdaily.com/darpa-invisible-man-human-cells-engineered-with-squid-like-trancparency/amp/

نویسنده: دانشگاه کالیفرنیا – ایروین

مترجم: فائزه افتخاری­‌فرد

تعداد کلمات: ۶۸۵

اختاپوس‌ها، ماهی‌مرکب‌ها و سایر موجودات دریایی می‌توانند با استفاده از بافت‌های خاصی در بدن‌های خود جهت انجام ماهرانۀ انتقال و بازتاب نور، عملِ ناپدید شدن را انجام دهند و اکنون محققان دانشگاه کالیفرنیا در ایروین سلول‌های انسانی را بازسازی کرده‌اند تا از توانایی‌های شفاف مشابهی بهره‌مند شوند.

دانشمندان در مقاله‌ای که امروز در مجلۀ ارتباطات طبیعت منتشر شد، چگونگی الهام گرفتن از پوست سرپایان (جانوران پا برسر) را برای پیوند سلول‌های پستانداران با شفافیت قابل تنظیم و ویژگی‌های پراکندگی نور توصیف کردند.

آترولی چاترجی، دانشجوی دکترای یو‌سی‌آی در بازسازی شیمی و زیست‌مولکول‌ها اظهار داشت: «هزاران‌ سال، مردم شیفتۀ شفافیت و نامرئی­شدن بوده‌اند، که الهام‌بخش تفکر فلسفی، آثار علمی‌تخیلی و تحقیقات علمی زیادی بوده است. پروژه ما – که به طور قاطع در حوزۀ علم قرار دارد – مراکز طراحی و بازسازی سیستم­های سلولی و بافت‌هایی با ویژگی‌های قابل کنترل برای انتقال، انعکاس و جذب نور است.»

چاترجی در آزمایشگاه آلون گرودتسکای، دانشیار یوسی‌آی مهندسی شیمی زیست‌مولکولی کار می‌کند، و سال­ها دربارۀ چگونگی تقلید از قابلیت‌های تغییر رنگ سرپایان برای توسعۀ فناوری‌های منحصر‌به‌فرد و به سود مردم تحقیق می­کند. تحقیقات الهام‌بخش زیستی تیم وی منجر به پیشرفت غیرمنتظره در پوشش مادون قرمز و سایر مواد پیشرفته شده است.

برای این مطالعه، این گروه الهام گرفته از راهی است که ماهی‌مرکب‌های شیری‌رنگ دوروتیث ماده می‌توانند با تغییر دینامیکیِ نوار روی پوستۀ خود، از شفافیت زیاد به سفید مات، از شکارچیان فرار کنند. سپس محققان برخی از ذرات متشکل از پروتئین بین‌سلولی را که در این روش بیولوژیک پوشاننده دخیل هستند را قرض گرفتند و راهی برای معرفی آن‌ها در سلول‌های انسانی یافتند تا بررسی کنند که آیا قوای پراکندگی نوری قابل انتقال به حیوانات دیگر است.

این نوع از ماهی‌مرکب دارای سلول‌های بازتابی ویژه‌ای به نام لوکوفورها است که می­تواند نحوۀ پراکندگی آن‌ها در نور را تغییر دهد. در این سلول‌ها لکوئوزوم‌ها وجود دارند، ذرات محدود به غشایی که از پروتئین‌هایی تشکیل شده­اند که به عنوان بازتابنده شناخته می‌شوند، که می‌توانند پوشش رنگی تولید کنند.

محققان در آزمایشات خود سلول‌های کلیوی نارس انسان را پرورش داده و آن‌ها را به صورت ژنتیکی برای نمایش بازتابنده بازسازی کردند. آن‌ها دریافتند که پروتئین با آرایشی بی‌نظم به ذرات موجود در سیتوپلاسم سلول‌ها می­رسد. آن‌ها هم‌چنین از طریق میکروسکوپ نوری و طیف‌سنجی مشاهده کردند که ساختارهای مبتنی بر بازتاب باعث می‌شوند سلول‌ها پراکندگی نور خود را تغییر دهند.

گورودتسکی، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «از این موضوع متحیر شدیم که سلول‌ها نه تنها بازتاب­دهنده بودند بلکه پروتئین را در نانوساختارهای کروی تشکیل داده و آن‌ها را در بدن سلول‌ها توزیع کردند. از طریق میکروسکوپ فاز کمّی، توانستیم تشخیص دهیم که ساختارهای پروتئینی دارای ویژگی‌های نوری متفاوتی در مقایسه با سیتوپلاسم داخل سلول‌ها است؛ به عبارت دیگر، آنها تقریباً مانند آن­چه در لوکوفورهای سرپایان بومی انجام می‌دهند، از نظر نوری رفتار می‌کنند.»

در بخش مهم دیگری از این مطالعه، تیم آزمایش کرد که آیا بازتاب به طور بالقوه می‌تواند از طریق محرک‌های خارجی روشن یا خاموش شود. آن­ها سلول‌ها را بین صفحات شیشه‌ای پوشیده­شده قرار دادند و چگالی‌های مختلف سدیم­کلرید را به کار بردند. آن­ها با اندازه‌گیری میزان نور منتقل­شده توسط سلول‌ها، دریافتند که آن‌هایی که در معرض میزان سدیم بالاتر قرار داشتند، نور بیشتری پراکنده کردند و بیشتر از محیط اطراف ایستادگی کردند.

چاترجی گفت: «آزمایشات ما نشان داد که این اثرات در سلول‌های بازسازی­شده ظاهر شدند، نه در سلول‌هایی که فاقد ذرات بازتابنده هستند، که نشان­دهندۀ یک روش با­ارزش بالقوه برای تنظیم ویژگی‌های پراکندگی نور در سلول‌های انسانی است.»

در حالی‌که انسان‌های نامرئی قطعاً هنوز هم در قلمروی داستان‌های علمی‌تخیلی هستند، گورودتسکی اظهار داشت تحقیقات گروه وی می‌تواند در کوتاه‌مدت برخی مزایای ملموس را ارائه دهد.

وی گفت: «این پروژه نشان داد که ممکن است سلول‌های انسانی با ویژگی‌های نوری پاسخگو به محرک الهام­گرفته از لکوفورها در سرپایان ایجاد شود، و این نشان می‌دهد که این پروتئین‌های بازتابندۀ شگفت‌انگیز می‌توانند خصوصیات خود را در محیط‌های سلولی خارجی حفظ کنند.»

وی افزود که دانش جدید همچنین می‌تواند امکان استفاده از بازتابنده‌ها را به عنوان نوع جدیدی از نشانگرهای زیست‌مولکولی برای کاربردهای میکروسکوپ پزشکی و بیولوژیکی فراهم کند.