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突破!通大顾晓松院士团队发现蝴蝶翅膀的奥秘

来源:南通大学    2018-11-18 20:14

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  近日,南通大学神经再生重点实验室顾晓松院士课题组的何江虹博士以第一作者在纳米研究领域国际著名杂志《ACS Nano》(IF=13.709)上发表题为“Morphology, Migration, and Transcriptome Analysis of Schwann Cell Culture on Butterfly Wings with Different Surface Architectures”的研究论文,首次发现蝴蝶翅膀表面微纳米结构调控细胞生长行为。


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大蓝闪蝶和天堂凤蝶两种蝶翅表面结构的光镜和电镜图


  该研究的共同第一作者为南通大学孙诚教授、杨宇民教授,以及东南大学的顾忠泽教授;通讯作者为顾晓松院士和美国哥伦比亚大学Kam梁教授。南通大学为该论文的第一通讯单位,论文的全部研究工作由南通大学独立完成,这也是南通大学神经再生重点实验室近年来组织工程研究的重要成果。


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施万细胞在两种不同

结构形貌蝶翅表面呈现生长方向的差异


  师法自然常常能带给我们灵感,自然界中存在的一些独特现象和机制为科学研究提供了很多启示。鳞翅目蝴蝶翅膀是自然界中精细结构与功能一体化的典范。蝴蝶种类多达一万四千多种,每种蝶翅结构各不相同,具有令人叹为观止的多形态、多尺度和多维数的精细分级结构,为生物材料研究提供了一个可供挑选的巨大模板库。


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生物信息学大数据分析探讨

蝶翅表面微纳米结构形貌调控细胞生长行为的作用机制


  本研究创新性地选用天然蝶翅作为生物材料研究对象,选取两种具有不同表面微纳米结构形貌的蝶翅作为研究材料,即具有规则平行脊纹形结构的大蓝闪蝶和具有凹坑形结构的天堂凤蝶。处理后的蝶翅的物理性能均适于细胞黏附与生长,但在具平行结构的大蓝闪蝶翅上,细胞表现出规律的定向生长,而在凹坑型的天堂凤蝶翅上,细胞则呈现杂乱无规则的生长模式。本研究运用生物信息学大数据分析方法,对所获得的基因表达谱进行筛选和深入分析,从全局角度构建基因共表达网络,深入探讨了蝶翅表面微纳米结构形貌调控细胞生长行为的作用机制,发现溶酶体活性是早期决定细胞在不同形貌蝶翅表面生长行为差异的关键因素。


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动物体内实验显示具有规则平行脊纹形结构的

蝶翅表面微纳米形貌有助于神经损伤再生


  本研究结果初步阐明了生物材料表面结构、细胞生物学行为与基因表达调控三者之间的关系,形成“生物材料表面微纳米结构调控细胞生长行为”理论,为研发新一代生物材料与组织工程产品提供了新的理论,给新型医用仿生材料的设计以极大的启示。


编辑:洪俐俐

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