Biomolecular actuators for genetically selective acoustic manipulation of cells.
Biomolecular actuators for genetically selective acoustic manipulation of cells.
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DOI：
10.1126/sciadv.add9186
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发表时间：
2023-02-22
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影响因子：
13.6
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中科院分区：
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作者：
物理操纵特定细胞的能力对于生物医学、合成生物学和生命材料领域至关重要。超声具有通过声辐射力（ARF）以高时空精度操纵细胞的能力。然而，由于大多数细胞具有相似的声学特性，因此这种能力与细胞遗传程序无关。在这里，我们表明，气体囊泡（GVs）-一类独特的充满气体的蛋白质纳米结构-可以作为遗传编码的致动器选择性的声学操纵。由于其相对于水的较低密度和较高压缩性，GV经历与大多数其他材料相反极性的强ARF。当在细胞内表达时，GV反转细胞的声学对比度并放大它们的ARF的幅度，允许基于它们的基因型用声波选择性地操纵细胞。GVs提供了基因表达和声力学驱动之间的直接联系，在广泛的背景下打开了选择性细胞控制的范例。基因编码的充气纳米结构使超声波能够以选择性的方式向细胞施加力。
The ability to physically manipulate specific cells is critical for the fields of biomedicine, synthetic biology, and living materials. Ultrasound has the ability to manipulate cells with high spatiotemporal precision via acoustic radiation force (ARF). However, because most cells have similar acoustic properties, this capability is disconnected from cellular genetic programs. Here, we show that gas vesicles (GVs)—a unique class of gas-filled protein nanostructures—can serve as genetically encodable actuators for selective acoustic manipulation. Because of their lower density and higher compressibility relative to water, GVs experience strong ARF with opposite polarity to most other materials. When expressed inside cells, GVs invert the cells’ acoustic contrast and amplify the magnitude of their ARF, allowing the cells to be selectively manipulated with sound waves based on their genotype. GVs provide a direct link between gene expression and acoustomechanical actuation, opening a paradigm for selective cellular control in a broad range of contexts. Genetically encoded gas-filled nanostructures enable ultrasound to apply force to cells in a selective way.
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