《国家科学院院刊》

科学家成功为材料组装设计编写补丁粒子

美国哈佛大学的Michael P. Brenner团队成功为材料组装设计编写了补丁粒子。相关研究成果近日发表于美国《国家科学院院刊》。

研究团队引入了一个可进行微材料设计的模型，其组件简单，但足够强大，可以捕获复杂的材料特性——刚体由具有定向相互作用的球形粒子（补丁粒子）组成。研究人员展示了一种从开放晶格到自限制团簇的自组装设计方法，这些都是众所周知具有挑战性的设计目标。运用梯度下降算法直接优化补丁粒子上补丁的位置和相互作用的方法，显著缩短了寻找最佳构建块的计算时间。

直接设计复杂的功能材料将彻底改变从可打印器官到新型清洁能源装置的技术。然而，即使是设计功能材料的渐进式步骤也被证明是具有挑战性的。如果材料由高度复杂的组件构成，那么材料属性的设计空间很快就会因计算成本太高而无法搜索。另一方面，非常简单的组件，如均匀的球形粒子，不足以捕获丰富的功能行为。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2311891121

湍流液滴合并对暖积云的降雨形成起主导作用

美国国家大气研究中心的Kamal Kant Chandrakar团队发现，湍流液滴合并对暖积云的降雨形成起主导作用。近日，相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。

研究团队通过比较高分辨率的积云密集云观测与最先进的大涡模拟，以及基于拉格朗日粒子的微物理方案，为湍流对雨滴大小分布和降雨形成的演变的显著影响提供了大量证据。湍流聚结必须包含在模型中，以准确表示观测到的雨滴大小分布，特别是云中较低高度的细雨雨滴大小。与只考虑重力聚结的模拟相比，湍流导致了更早的降雨形成和更大的降雨积累。

研究观测到云底上方的雨滴大小分布遵循幂律标度，该标度偏离了考虑纯重力碰撞核或忽略液滴惯性效应的湍流核的理论标度，为云中的湍流合并提供了额外证据。相比之下，作为云凝结核（巨型CCN）的大气气溶胶对雨的形成没有显著影响。总体而言，湍流液滴合并对暖积云的降雨形成起主导作用，而巨型CCN的影响有限。

雨的形成是控制云的生命周期和辐射作用力的关键因素，因此它是影响天气和气候的关键因素。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2319664121

《细胞》

口服Th17拮抗剂小蛋白的临床前原理证明

美国华盛顿大学的David Baker和Stephanie Berger给出了口服Th17拮抗剂小蛋白的临床前原理证明。相关研究成果近日在线发表于《细胞》。

白细胞介素（IL）-23和IL-17是公认的自身炎症性疾病的治疗靶点。靶向IL-23和IL-17的抗体已显示出临床疗效，但由于需要胃肠外给药，因此受到高成本、安全风险大、缺乏持续疗效等因素的限制。

研究人员开发了抑制IL-23R和IL-17的迷你蛋白，它们具有类似抗体的低皮摩尔亲和力，而分子大小仅为原来的一小部分。该迷你结合剂在体外能有效阻断细胞信号传导，非常稳定，能够口服给药和低成本生产。口服给药的IL-23R迷你结合剂在小鼠结肠炎中表现出比临床抗IL-23抗体更好的疗效，并在大鼠中具有良好的药代动力学和生物分布特征。

这一研究表明，口服新设计的迷你结合剂可以通过肠道上皮屏障达到治疗目标。凭借高效能、肠道稳定性和简单的可制造性，从头设计的迷你结合剂是一种很有前景的口服生物制剂。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.05.052

细胞外基质影响线粒体稳态

美国加利福尼亚大学伯克利分校的Andrew Dillin团队提出，细胞外基质（ECM）能够影响线粒体稳态。日前，相关研究成果在线发表于《细胞》。

细胞内稳态受到微环境刺激的复杂影响，包括信号分子、代谢物和病原体。线粒体作为细胞内的信号中枢，整合来自不同细胞内区室的信息，调节细胞信号和代谢。多项研究表明，线粒体可能对各种细胞外信号事件作出反应。然而，尚不清楚ECM的变化如何影响线粒体稳态以调节动物生理。

研究人员发现ECM重塑以演化保守的方式改变线粒体稳态。从机制上讲，ECM重塑触发TGF-β反应，以诱导线粒体分裂和线粒体的未折叠蛋白反应。从有机体层面上讲，ECM重塑通过增强线粒体应激反应促进动物防御病原体。

研究人员认为，这种ECM-线粒体相互作用代表了一种古老的免疫途径，它可检测感染或机械应激诱导的ECM损伤，从而启动适应性线粒体免疫和代谢反应。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.05.057