大自然的3D打印机：鬃毛蠕虫一块一块地形成鬃毛

维也纳大学Max Perutz实验室的分子生物学家Florian Raible领导的一项新的跨学科研究为海洋环节虫Platynereis dumerilii的鬃毛提供了令人兴奋的见解。被称为毛胚的特殊细胞控制着刚毛的形成。它们的操作模式与3D打印机的技术模式惊人地相似

该项目是与赫尔辛基大学、维也纳理工大学和布尔诺Masaryk大学的研究人员合作完成的。这项研究发表在《自然通讯》上

几丁质是昆虫外骨骼和刚毛虫（如海洋环节动物Platynereis dumerilii）刚毛的主要建筑材料。然而，刚毛蠕虫有一种稍微柔软的几丁质&mdash；β-几丁质；这对于生物医学应用特别感兴趣。刚毛允许蠕虫在水中移动

Florian Raible解释道，“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。完成的部分被越来越远地推出体外。在这个开发过程中，重要的功能单元被一个接一个地逐块创建，这类似于3D打印。”

更好地理解这些过程也有可能开发未来的医疗产品或生产天然可降解材料。例如，来自鱿鱼背壳的β-几丁质目前被用作生产耐受性特别好的伤口敷料的原材料。Raible说：“也许在未来也有可能使用退火细胞来生产这种材料。”

确切的生物学背景：成毛细胞在这一过程中起着核心作用。成毛细胞是具有长表面结构的特化细胞，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几丁质的形成，而几丁质是最终制造鬃毛的材料。研究人员的研究结果显示了一个动态的细胞表面，其特征是微绒毛呈几何排列

单个微绒毛的功能与3D打印机的喷嘴类似。Florian Raible解释道：“我们的分析表明，几丁质是由毛胚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着时间的推移而发生的精确变化是塑造单个刷毛几何结构的关键，例如刷毛尖端上的单个牙齿，精确到亚微米范围。”

刷毛通常在两天内发育，可以有不同的形状；根据蠕虫的发育阶段，它们更短或更长，更尖或更平

除了与维也纳理工大学和布尔诺大学的成像专家在当地的合作外，与赫尔辛基大学Jokitalo实验室的合作对维也纳大学的研究人员来说是一个巨大的好处

利用他们在连续块面扫描电子显微镜（SBF-SEM）方面的专业知识，研究人员研究了刷毛形成过程中微绒毛的排列，并提出了一个合成刷毛形成的3D模型

维也纳大学的第一作者Ikeda Kyojiro解释道，“标准电子断层扫描是非常耗费人力的，因为样品的切割和电子显微镜检查必须手动完成。然而，有了这种方法，我们可以可靠地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，以揭示更多关于鬃毛生物发生的细节