工程师和神经科学家对四种触敏、电响应蛋白进行了测试

众所周知，您身体的每个细胞都会对身体接触做出反应。它们的反应方式并不完全相同——脾脏中的细胞在被针戳到时不会像受惊的猫那样跳起来。但是在整个人体中，在细胞生长和执行日常任务时包裹和支持细胞的物理材料和结构对它们的健康和行为起着重要作用。

艺术家对实验装置的演绎。当悬臂梁（黑色/灰色）接近下面的电池时，银头玻璃移液管测量电响应，而红色激光测量悬臂梁施加的力。

例如，血管和神经等复杂的生物结构不可能在培养皿中生长；他们需要外部结构的正确组合来提供支持。耳朵内的毛发将振动转化为发送到大脑的电信号，甚至对纳米级运动也很敏感。肠道内的各种细胞会感知您的胃何时充满以履行其消化职责。

尽管知道触摸和体力在生物过程的许多方面都起着重要作用，但人们对它们的工作原理知之甚少。不同的细胞有不同的途径来感知和传输触摸产生的信号。在体外培养可以放置在某种能够测量这些输入和输出的实验装置中的细胞并不容易。

在 2 月 16 日在线发表在美国国家科学院院刊上的一篇论文中，杜克大学的机械工程师和神经生物学家弥补了这一知识差距。

使用原子力显微镜和电生理学，研究人员测量了响应物理刺激而发出电信号的四种蛋白质功能的上限和下限。结果显示了它们的广泛能力，提出了新的问题，即专门的触敏细胞如何像它们一样运作。

“每个感官系统都受到检测信号必须克服的背景噪音量的限制。我们的眼睛可以感知非常接近这个限制的光能，这使得它们对甚至单个光子都非常敏感，”研究科学家迈克尔杨说在 Myrobalan Therapeutics，他以博士学位进行了这项研究。杜克大学的学生。“但即使细胞装载了这些蛋白质，我也需要增加比该阈值多十亿倍的能量才能产生任何可检测到的信号。实际上，这非常令人惊讶。”

Young 研究的四种蛋白质属于两个细胞家族——Piezo1 和 Piezo2，以及 TREK1 和 TRAAK。Piezo2 主要存在于感觉细胞中，例如皮肤中的细胞，这些细胞产生触敏信号供神经元传送到大脑，而它的近亲 Piezo1 存在于细胞中的低水平，有助于调节血压和细胞等自动生物过程移民。TREK1 和 TRAAK 都主要存在于神经系统中，发挥着帮助传递信号的未知作用，并且可以被除触摸之外的许多不同类型的刺激激活。

为了测量这些细胞能力的界限，Young 与杜克大学神经生物学教授 Jörg Grandl 合作，培养充满其中一种蛋白质的细胞。然后他去找杜克大学机械工程和材料科学教授 Stefan Zauscher，想弄清楚如何最好地测量他们在被戳和戳时的反应。

Zauscher 使用原子力显微镜组建了团队。凭借肉眼几乎看不到的悬臂梁，该机器可以施加小至 10 皮牛顿的力——比放在手背上的羽毛小 1000 万倍的量级。

对于每个充满蛋白质的细胞，Young 测量了引发可检测信号所需的最小力、它可以产生的最大电活动量以及信号的一般行为。例如，它是短而强烈的还是长而温和的。

令人惊讶的是，尽管蛋白质相似，但 Young 发现他们的反应范围很大。一些细胞几乎是瞬间发出电反应，而另一些细胞则有 10 倍以上的延迟。敏感性的范围也很广，这引发了一个问题，即还有哪些其他因素可能在这些蛋白质如何帮助调节身体的生化活动中发挥作用。

Young 说：“我们只是简单地将蛋白质加载到这些细胞中以确保我们得到响应，但它们在细胞上的特定位置可能对它们的工作方式更为重要，或者它们的结构环境可能发挥重要作用。” “将这些结果与已经具有这些蛋白质的细胞进行比较会很有趣，因为它们可能已经进化到在正确的位置拥有正确数量的蛋白质以优化它们的反应。”