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微管（MT）及其马达蛋白共同利用化学能产生机械功，从而驱动活细胞中一些协调性最强的自组织动力学过程。这些分子的独特性质也使其成为细胞骨架活性物质和仿生纳米机器的多功能构筑单元，能够重现细胞运动性、涌现图样形成以及马达驱动的运输。然而，这些经典体系使用的是固定长度的MT，并未纳入MT天然具备的生长与再生能力。在此，我们通过采用动态自放大型分支MT网络突破了这些限制。在驱动蛋白1（kinesin-1）和胞质动力蛋白（cytoplasmic dynein）的活性驱动下，表面滑行的分支MT束发生群聚运动，形成了具有多种理想特征的大尺度集体MT结构。这些结构具有极性并表现出取向一致性，致密，尺度可跨越毫米级，并且可持续数小时。随后，我们表明，这些特征使得沿群体进行的分子运输实现了前所未有的能力，最多可有六百万个马达复合体在毫米尺度距离上并行行走数小时。我们的结果引入了细胞骨架活性物质中的一种新范式：在这一范式中，马达驱动活性与通过分支实现的丝状结构生成之间的相互作用，导致了增殖性群体中涌现出的极性有序。这种涌现极性使这些群体适用于构建可扩展的运输纳米技术和可编程软材料。
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微管（MT）及其马达蛋白协同利用化学能产生机械功，从而驱动活细胞中一些最具协调性的自组织动力学过程。这些分子的独特性质也使其成为细胞骨架活性物质和仿生纳米机器的多功能构建单元，能够重现细胞运动性、涌现图样形成以及马达驱动运输。然而，这些经典系统使用的是固定长度的微管，且未纳入微管天然具有的生长与再生能力。在这里，我们通过使用动态自放大型分支微管网络，突破了这些限制。在驱动蛋白-1和细胞质动力蛋白活性的驱动下，表面滑行的分支微管束发生群聚运动，形成具有若干理想特征的大尺度集体微管结构。这些结构具有极性和取向一致性，致密，跨越毫米尺度，并可持续数小时。随后，我们表明这些特征使得沿群体进行分子运输成为可能，其运载能力达到前所未有的水平，最多可有六百万个马达复合体在数小时内并行行走，跨越毫米尺度距离。我们的结果引入了细胞骨架活性物质中的一种新机制：在该机制中，马达驱动活性与通过分支实现的丝状体生成之间的相互作用，会在增殖群体中导致涌现的极性有序。此类涌现极性使这些群体适用于构建可扩展的运输纳米技术和可编程软材料。
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发布于 2026 年 7 月 8 日。
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用于高密度分子运输的大尺度极性微管群体的涌现
Meisam Zaferani ， Ned S Wingreen ， Howard A Stone ， Sabine Petry
bioRxiv
2026.07.06.736790； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.06.736790
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用于高密度分子运输的大尺度极性微管群体的涌现
Meisam Zaferani ， Ned S Wingreen ， Howard A Stone ， Sabine Petry
bioRxiv
2026.07.06.736790； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.06.736790
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.06.736790v1?rss=1
🏷️ 微管 驱动蛋白 细胞骨架 自组织 分子运输 极性有序