维也纳大学马克斯·佩鲁茨实验室的分子生物学家FlorianRaible领导的一项新的跨学科研究为海洋环节动物Platynereisdumerilii的刚毛提供了令人兴奋的见解。称为毛毛细胞的特殊细胞控制着鬃毛的形成。它们的操作模式与技术3D打印机的操作模式惊人地相似。

该项目是与赫尔辛基大学、维也纳科技大学和布尔诺马萨里克大学的研究人员合作的。该研究发表在《自然通讯》上。

甲壳素是昆虫外骨骼和硬毛虫(例如海洋环节动物Platynereisdumerilii)刚毛的主要构建材料。然而，刚毛虫有一种较软的几丁质——β几丁质——这对于生物医学应用来说特别有趣。刚毛允许蠕虫在水中移动。

甲壳素究竟是如何形成独特的刷毛的，至今仍是个谜。现在，这项新研究为这种特殊的生物起源提供了令人兴奋的见解。

FlorianRaible解释说：“这个过程从刷毛的尖端开始，然后是中间部分，最后是刷毛的底部。成品部件被越来越远离身体。在这个开发过程中，重要的功能单元一个接一个、一块一块地制作出来，这与3D打印类似。”

更好地了解此类过程也为未来医疗产品的开发或自然可降解材料的生产提供了潜力。例如，来自鱿鱼背壳的β-甲壳素目前被用作生产耐受性特别好的伤口敷料的原材料。“也许将来也可以使用环节动物细胞来生产这种材料，”Raible说。

确切的生物学背景：毛毛细胞在此过程中发挥着核心作用。毛毛细胞是具有长表面结构的特殊细胞，称为微绒毛。这些微绒毛含有一种特定的酶，研究表明这种酶负责形成几丁质，而几丁质是最终制成刷毛的材料。研究人员的结果显示了一个动态的细胞表面，其特征是几何排列的微绒毛。

单个微绒毛的功能与3D打印机的喷嘴类似。FlorianRaible解释说：“我们的分析表明，几丁质是由毛毛细胞的单个微绒毛产生的。因此，这些微绒毛的数量和形状随时间的精确变化是塑造单个刷毛几何结构的关键，例如作为刷毛尖端上的单个牙齿，其精确度达到亚微米范围。”

刷毛通常在短短两天内就会形成，并且可以具有不同的形状;根据蠕虫的发育阶段，它们更短或更长，更尖或更平。

除了与维也纳科技大学和布尔诺大学成像专家的本地合作外，与赫尔辛基大学Jokitalo实验室的合作也为维也纳大学的研究人员带来了巨大的好处。

研究人员利用其在串行块面扫描电子显微镜(SBF-SEM)方面的专业知识，研究了刷毛形成过程中微绒毛的排列，并提出了用于合成刷毛形成的3D模型。

第一作者、维也纳大学的KyojiroIkeda解释说：“标准电子断层扫描非常耗费人力，因为样品的切割及其在电子显微镜中的检查必须手动完成。然而，通过这种方法，我们可以可靠地实现自动化数千层的分析。”

Raible小组目前正在努力提高观察的分辨率，以揭示有关鬃毛生物发生的更多细节。