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香港大學（港大）科研團隊在細胞微管研究取得重大突破，首次揭示微管蛋白如何透過機械力學感應控制細胞活動。這項由港大工程學院機械工程系林原教授與港大李嘉誠醫學院生物醫學學院狄士傑教授共同領導的研究，為理解細胞「骨架」運作機制帶來新見解。

微管作為細胞骨架核心組件，是由微管蛋白異二聚體組成的中空管狀結構，不僅維持細胞形態，更參與物質運輸等關鍵生理過程。微管需要與多種蛋白質相互作用——部分作用於微管外表面，另一些則作用於其管腔。儘管微管外表面易於接近，但管腔結合蛋白如何進入受限的微管內腔仍是未解之謎。研究團隊運用跨學科研究方法，結合生物、物理學、機械工程等技術，成功破解微管「門控」之謎。

狄士傑教授團隊透過「單分子螢光生物檢測」配合機械儀器操作（圖1），發現微管蛋白亞型（即微管蛋白的不同變體）作為力感應元件能夠調控微管管腔可及性，從而使得酶與微管內腔表面發生相互作用。

研究團隊利用三維電腦模擬技術構建微管精細模型，發現特定微管蛋白亞型因橫向相互作用較弱，在機械外力作用下可產生納米級縫隙（圖2）。林教授指出：「實驗證實，這些縫隙的大小恰到好處，足以讓管腔結合蛋白等關鍵物質進出，猶如細胞內的智能開關。」研究分析顯示，不同微管蛋白亞型的組合能精確調控微管的機械特性，使其能夠差異化響應熱力波動或外界機械刺激。這種動態調節機制解釋了細胞如何靈活適應環境變化，突破物理限制並維持內部物質運輸的穩定性。

林原教授與狄士傑教授表示：「此項研究不僅加強我們對細胞機械轉導現象的理解，未來還有望為先進活性生物材料的研發提供關鍵線索。」

研究成果已發表於《自然-物理》（Nature Physics），文章標題為「Tubulin isotypes of C. elegans harness the mechanosensitivity of the lattice for microtubule luminal accessibility」。

文章連結：https://doi.org/10.1038/s41567-025-02983-w

狄士傑教授簡介
狄士傑教授於 2019 年加入港大醫學院生物醫學學院擔任助理教授。在加入香港大學之前，狄教授於臺灣大學獲得化學學士學位，於耶魯大學取得生物化學與生物物理學博士學位，隨後在洛克菲勒大學從事博士後研究。狄教授團隊是運用跨學科研究方法的先驅，結合生物化學、生物物理學、結構生物學與細胞生物學等領域，解析細胞骨架蛋白如何形成多樣化生物組織與功能的分子機制。其較早期的研究成果已發表於包括《細胞》(Cell)、《科學》(Science)、《發育細胞》(Developmental Cell)、《細胞報告》(Cell Reports)和《自然·結構與分子生物學》 (Nature Structural & Molecular Biology) 在內的國際知名學術期刊。

林原教授簡介
林原教授在清華大學獲得工程力學學士和碩士學位，隨後在布朗大學獲得應用數學碩士學位和固體力學博士學位。他於 2008 年加入香港大學，現為機械工程系全職教授。他在細胞/組織力學和功能材料力學方面的研究成果曾在《自然》(Nature)、《科學進展》(Science Advances)和《美國科學院院刊》(PNAS)》等國際頂級學術期刊上發表。林教授曾擔任高登(Gordon Research Conference) 納米機械界面研討會議主席，並在許多國際會議上發表主題演講。作為PI或Co-PI，他已獲得超過15項研究基金。林教授目前擔任香港理論及應用力學學會秘書長。其研究團隊在細胞力學領域保持全球領先地位，重要發現包括首度證實細胞外基質黏度調控細胞黏附行為，以及揭示胚胎發育中機械力驅動組織形態發生的新機制。

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