近日，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院聶舟教授團(tuán)隊取得最新研究進(jìn)展，開發(fā)了一種創(chuàng)新的DNA功能化人工機械力受體（AMR），為機械生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用開辟了新的可能性。

機械力信號在細(xì)胞通訊中扮演著至關(guān)重要的角色，它影響細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)維持、發(fā)育進(jìn)程和病理變化。2021年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎的獲獎成果之一——機械力受體Piezo的研究，凸顯了細(xì)胞機械響應(yīng)在生命科學(xué)中的關(guān)鍵作用。細(xì)胞通過天然機械力受體（如整合素、鈣粘蛋白、T細(xì)胞受體和Notch受體）感知并響應(yīng)外部力信號，從而啟動一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，調(diào)控細(xì)胞特定行為。

聶舟教授團(tuán)隊開發(fā)了一種從頭設(shè)計的人工機械力受體（AMR），它是一種模塊化的DNA-蛋白質(zhì)嵌合平臺，包含通用的機械感知和傳遞DNA（GMD）納米器件。AMR能夠?qū)⒃静痪邆錂C械力感應(yīng)功能的細(xì)胞表面受體（如受體酪氨酸激酶，RTKs）重新編程，使其對特定力刺激產(chǎn)生響應(yīng)。與傳統(tǒng)的基因工程改造方法相比，AMR通過化學(xué)合成的DNA納米器件，以一種無需基因改造的非遺傳方式對天然細(xì)胞表面受體進(jìn)行調(diào)控，展現(xiàn)了很高的適用性和獨特優(yōu)勢。

研究團(tuán)隊利用原子力顯微鏡、共聚焦激光掃描顯微鏡和dSTORM超分辨成像技術(shù)，展示了AMR在細(xì)胞膜上的力響應(yīng)和信號激活性能。該研究發(fā)現(xiàn)通過對DNA序列進(jìn)行簡單編程，可以精確調(diào)控AMR的力響應(yīng)閾值，實現(xiàn)在生理條件下皮牛（pN）范圍內(nèi)的精確控制。此外，AMR展現(xiàn)出優(yōu)秀的通用性，能夠靈敏地感知多種細(xì)胞產(chǎn)生的力，并調(diào)節(jié)不同的非機械響應(yīng)性細(xì)胞表面受體。

AMR的設(shè)計不僅在細(xì)胞力學(xué)信號系統(tǒng)重編程方面展現(xiàn)出巨大潛力，還在神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）的干性維持中證明了其生物學(xué)功能。通過AMR介導(dǎo)的FGFR1信號通路重編程，在無需外源生長因子的情況下，僅通過細(xì)胞間的粘附力就可以維持NSCs的干細(xì)胞特性，為優(yōu)化NSCs的體外培養(yǎng)及其臨床應(yīng)用提供了新思路。AMR策略為深入探索力學(xué)生物學(xué)原理以及在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開發(fā)新型細(xì)胞療法提供了全新的化學(xué)工具，具有重要的科學(xué)和臨床應(yīng)用價值。

相關(guān)研究成果以“DNA-functionalized Artificial Mechanoreceptor for de novo Force-responsive Signaling”為題發(fā)表在Nature Chemical Biology雜志上。湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)生物傳感與計量學(xué)國家重點實驗室聶舟教授為唯一通訊作者，湖南大學(xué)為唯一通訊單位?；瘜W(xué)化工學(xué)院博士研究生楊思慧為文章的第一作者。

該工作得到了中國科學(xué)院力學(xué)研究所龍勉研究員和呂守芹研究員團(tuán)隊在原子力顯微鏡測試和成像實驗方面的技術(shù)支持、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陸瑤研究員團(tuán)隊在高密度微孔陣列芯片制備方面提供的技術(shù)協(xié)助、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所王宏達(dá)研究員團(tuán)隊在dSTORM成像和數(shù)據(jù)分析方面提供的技術(shù)協(xié)助。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。

作為湖南大學(xué)辦學(xué)歷史最悠久的學(xué)院之一，化學(xué)化工學(xué)院辦學(xué)歷史可追溯至1908年岳麓書院改制設(shè)湖南高等實業(yè)學(xué)堂所開設(shè)的分析化學(xué)課。學(xué)院師資力量雄厚，現(xiàn)有中國科學(xué)院院士3人，國家級教學(xué)名師2人，國家級高層次人才60余人次。其中，化學(xué)學(xué)科是國家“雙一流”建設(shè)學(xué)科，ESI排名全球前5

?，學(xué)院本科招生專業(yè)為化學(xué)（強基計劃）、化學(xué)類、化學(xué)工程與工藝、化學(xué)生物學(xué)。其中，2021年設(shè)立“化學(xué)拔尖班”，2022年設(shè)立“化學(xué)強基班”，2022年化學(xué)生物學(xué)專業(yè)開始招生。

2024開年，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在不同的領(lǐng)域前沿取得多項成果和突破。

宋國勝教授、張曉兵教授和譚蔚泓院士團(tuán)隊成功開發(fā)出一種創(chuàng)新的“超聲發(fā)光分子成像”技術(shù)，利用超聲波激發(fā)熒光分子在活體內(nèi)產(chǎn)生光學(xué)信號，實現(xiàn)了高強度的光學(xué)信號輸出的成像新方法，為生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展開辟了新的可能性。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際頂級期刊Nature Photonics上。

梁宵教授團(tuán)隊基于前期構(gòu)建的鹵素四電子轉(zhuǎn)移電化學(xué)反應(yīng)，利用電極的絡(luò)合效應(yīng)協(xié)同水系電解液中的鹽析效應(yīng)，有效提升了多電子轉(zhuǎn)移鹵素電池的循環(huán)穩(wěn)定性，構(gòu)建了本征安全、低成本、長壽命的高比能鋅溴電池和鋅碘電池。為開發(fā)高比能、本征安全和低成本的水系電池提供了新思路和新策略。兩項研究成果發(fā)表在Joule和Chemical Science等國際頂刊。

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自建系建院以來，化學(xué)化工學(xué)院培桃育李，英才輩出，艱苦創(chuàng)業(yè)，碩果累累。今天，化學(xué)化工學(xué)院已建設(shè)成湖南大學(xué)重點院系之一，逐步成為機械行業(yè)和湖南省化學(xué)化工學(xué)院類高等技術(shù)人才的培訓(xùn)基地，為社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了較大的貢獻(xiàn)。

學(xué)院每年都承擔(dān)多項國家重大研究計劃、國家自然科學(xué)基金重大、重點與面上項目、國家重大軍工項目。近年來年均發(fā)表SCI源刊物論文500多篇，篇均被引36次；年申請國家專利數(shù)十項，現(xiàn)保有專利417項。曾獲國家自然科學(xué)獎5項、國家科技進(jìn)步獎3項、國家技術(shù)發(fā)明獎2項。

化學(xué)化工學(xué)院學(xué)術(shù)氛圍濃厚，學(xué)術(shù)環(huán)境和諧自由，科研與實踐教學(xué)支撐條件優(yōu)越，是廣大有志青年學(xué)習(xí)深造和科學(xué)研究的理想之地。

學(xué)院聚焦國家和地方人才戰(zhàn)略需求，開展基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才培養(yǎng)改革，發(fā)揮國家級高層次人才學(xué)歷背景優(yōu)勢，主導(dǎo)人才培養(yǎng)新模式的探索。學(xué)院聚焦學(xué)科交叉融合，承擔(dān)湖南大學(xué)理科試驗班試點建設(shè)，探索構(gòu)建基礎(chǔ)學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系和機制。2023年，湖南大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才培養(yǎng)改革成榮獲國家級教學(xué)成果二等獎。

5年來，化學(xué)化工學(xué)院國家級青年高層次人才作為負(fù)責(zé)人或主要團(tuán)隊成員共獲得國家級一流課程3門、省級一流課程2門、校級一流課程1門，獲國家級課程思政示范課程1門、省級課程思政示范課程1門、校級課程思政示范課程2門；作為主編或副主編出版教材4部、學(xué)習(xí)指導(dǎo)書1部，即將出版1部；承擔(dān)與參與教指委教改課題1項、基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計劃2.0研究課題1項、省級教改課題8項；發(fā)表教改論文9篇。

多年來，化學(xué)化工學(xué)院始終堅持和加強黨對人才工作的全面領(lǐng)導(dǎo)，積極推進(jìn)“引育用”靶向發(fā)力，聚焦人才教學(xué)能力和科研能力提升，不斷提高人才隊伍建設(shè)水平，著力為學(xué)?！半p一流”建設(shè)提供有力人才支撐。

“惟楚有材，于斯為盛”，從古代書院到近代學(xué)堂再到現(xiàn)代大學(xué)，湖南大學(xué)堅持追求卓越，始終處在中國高等教育的第一方陣。為早日建成富有歷史文化傳承的中國特色世界一流大學(xué)、培養(yǎng)更多堪當(dāng)民族復(fù)興大任的建設(shè)者和接班人，湖南大學(xué)會一直努力奮進(jìn)。

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素材來源：湖南大學(xué)官微/官網(wǎng)、湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院官網(wǎng)