细胞的行为受其环境控制。除了生物因素或化学物质外，还涉及诸如压力或张力的物理力。来自卡尔斯鲁厄技术学院(KIT)和海德堡大学的研究人员开发了一种方法，使他们能够分析外力对单个细胞的影响。他们使用3D打印工艺制作了微型支架，每个微型支架都有四个放置细胞的支柱。

在外部信号的触发下，支架内部的水凝胶膨胀并推动支柱分开，因此细胞必须“伸展”。该作品是“ 3D定制问题”(3DMM2O)卓越集群的一部分。研究人员在《科学进展》(DOI：10.1126 / sciadv.abc2648)中报告了他们的研究结果。

许多细胞生物学过程，例如伤口愈合或组织发育，都受到其环境特性的强烈影响。细胞例如对生物因子或化学物质起反应。但是，研究越来越集中在作用于细胞的物理力上：细胞如何精确地适应这些力?

在德日大学财团HeKKSaGOn的框架内，并与澳大利亚科学家合作，3DMM2O团队对这一问题采取了特别巧妙的方法。为了生产单元“拉伸架”，他们使用了“直接激光写入”，这是一种特殊的3D打印过程，其中，计算机控制的激光束聚焦到一种特殊的打印机墨水液中。它的分子仅在暴露区域发生反应，并在那里形成固体物质。所有其他区域仍保持液态，可以被冲洗掉。

这是我们卓越集群中建立微米级及以下的三维结构的既定方法。”

在当前情况下，研究人员使用了三种不同的打印机墨水：第一种墨水由蛋白质排斥材料制成，用于形成实际的微支架。然后，使用第二种吸引蛋白质的墨水，他们制作了四个水平杆，每个水平杆分别连接到一个支架柱上。单元格固定在这四个钢筋上。然而，真正的排头兵是第三种墨水：科学家用它来“打印”支架内部的物体。如果再加入特殊液体，水凝胶会膨胀。因此，它产生了足以使支柱以及支柱随其移动的力。进而具有拉伸固定在杆上的单元的作用。

卓越集群的科学家将两种完全不同的细胞类型放置在它们的微拉伸架上：人骨肿瘤细胞和胚胎小鼠细胞。他们发现细胞利用运动蛋白抵消了外力，从而极大地增加了其张力。当去除外部拉伸力时，细胞松弛并返回其原始状态。动物学研究所的马丁·巴斯德迈尔(Martin Bastmeyer)教授说：“这种行为令人印象深刻地证明了它能够适应动态环境。如果细胞无法恢复，它们将不再履行其最初的功能-例如伤口闭合。” KIT。

正如研究小组进一步发现的那样，一种名为NM2A(非肌肉肌球蛋白2A)的蛋白在细胞对机械刺激的反应中起着决定性的作用：不能产生NM2A的转基因骨肿瘤细胞几乎不能抵消外部的变形。信息。

海德堡的科学家们在生物物理化学领域以及KIT的物理学，细胞和神经生物学领域进行了卓越的研究。德日大学联盟HeKKSaGOn的成员包括海德堡大学，卡尔斯鲁厄技术学院和大阪大学等。

定做的卓越3D集群

在3D订单制造(3DMM2O)卓越集群中，卡尔斯鲁厄技术学院和海德堡大学的科学家对数字可扩展增材制造的创新技术和材料进行了跨学科研究，以提高精度，速度和效率。 3D打印的性能。工作的目标是完全数字化3D制造和从分子到微观结构的材料加工。3DMM3O除了在联邦和联邦政府发起的“卓越战略”竞赛中作为卓越集群提供资金外，还由卡尔·蔡司基金会资助。