Science：从贻贝的“快速逃跑”中获取灵感

在自然界和生物医学中有许多策略可以将生物组织和非生物组织牢牢地粘在一起，但这些生物界面如何快速地按需分离，目前还不是很清楚。

于是，麦吉尔大学的研究人员决定从大自然中寻找灵感，将研究重点放在贻贝上面。贻贝能够牢固地粘附在无机表面，但在受到威胁时也能迅速脱离。这背后是怎样一种神秘的力量？

研究人员近日在《Science》杂志上发表题为“A strong quick-release biointerface in mussels mediated by serotonergic cilia-based adhesion”的文章，解析了贻贝在生物界面上快速释放的机制。

原来关键在于贻贝的足丝（byssus），这是一种纤维状的附着器。足丝利用一种水下胶水附着在岩石表面，但另一端（足丝根部）则牢牢固定在贻贝柔软的组织上。在遇到危险时，贻贝能迅速丢弃足丝，从岩石上脱落。活体组织与足丝根部之间的这一接触区域被称为生物界面。

麦吉尔大学的化学系教授Matthew Harrington表示：“在此之前，人们一直很困惑，贻贝足丝根部的生物界面为什么既能抵御持续不断的海浪冲击，又能在贻贝需要时突然释放。贻贝似乎以某种方式在控制自己的力量。”

研究人员利用共焦拉曼光谱仪、微计算机断层扫描和先进的电子显微镜来鉴定贻贝生物界面的结构和组成。他们发现，足丝根部由40-50张薄片（lamellae）组成，它们与活体组织互锁，形成一个非常牢固的界面，就像将两本电话簿交错在一起。

薄片表面与数十亿个运动的上皮纤毛形成紧密接触，这些纤毛通过集体摆动来控制生物界面的强度以及足丝根部的释放。同时，这种摆动受到神经递质的调控，包括5-羟色胺和多巴胺。在神经递质的作用下，整个足丝根部可以快速地按需释放。

这一发现对生物医学工程师和材料学家尤为重要，因为他们在设计全新的生物植入物、可穿戴传感器、脑机接口等。

Harrington表示：“足丝根部的生物界面不同于任何人造材料，可以为新一代生物界面提供重要灵感。由于医学的进一步发展将取决于新的生物界面设计，这些发现可能会对未来的人类健康产生影响。”