בניית מודל של מערכות ביולוגית היא דרך יעילה במיוחד לחקור אורגניזמים או מערכות מסוימות של אורגניזמים כמכלול. אחד האתגרים הגדולים בבניית מודלים שכאלה היא המורכבות באינטראקציות בין מספר רב מאוד של אבני הבניין המרכיבות אותם. במקרים מסוימים, אבני בניין ביולוגיות כגון חלבונים או חומצות שומן (ליפידים) מתארגנות בצורה ספונטנית ובדיוק רב למבני-על גדולים עם פונקציות ביולוגיות חשובות. במחקר שלנו אנו לומדים את תהליכי הבניה העצמית של מספר מבני-על הנחוצים לתפקוד של מערכת העצבים. על מנת לחשוף את האינטראקציות הדומיננטיות הנחוצות להתרחשות תהליך זה, בודדנו את אבני הבניין הרלוונטיות ולאחר מכן הרכבנו את מבנה-העל בהרכבים שונים של אבני הבניין ובתנאים סביבתיים שונים. חקר מבנה-העל בקנה מידה הננומטרי - סקאלה של מיליארדית המטר - התבצע על ידיד שימוש בפיזור של קרני X במאיצי חלקיקים ובאמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית. במחקרנו בחנו את תכונותיהם המבניות והאלסטיות של חלקים מסוימים בשלד תא העצב, הנבנה בעיקרו מחלבונים המכונים סיבי הביניים העצביים (Neurofilaments). מבנה-העל החלבוני יוצר סוג של ג׳ל החיוני לתפקוד בריא של התא. מבנה-העל של הסיבים דומה לזה של מנקה בקבוקים עם אזורים גמישים - השערות - שאינם ״מקופלים״ למבנה תלת-ממדי יחיד אלא מבצעים תנודות רבות במרחב. בשונה מחלבונים סדורים, ״שערות״ אלו מתנהגות בדומה לספגטי דביק המאפשר אינטראקציה בין סיבים שכנים. שערות אלו מעניקות למבנה-העל תכונות מכניות חשובות המאפיינות מצב צבירה גזי. כך למשל, ניתן לדחוס את מבנה-העל באופן משמעותי - עד פי עשרים ביחס לנפח שלו - ללא שבירה שלו. יכולת דחיסה כזאת היא נדירה בקרב מבנים מלאכותיים, כגון גשרים או מגדלים, בעלי מחברים קשיחים. ייתכן כי הבנת הארכיטקטורה של הטבע, המכילה רכיבים קשיחים לצד גמישים, תשפוך אור על האינטראקציות בין חלבונים לא סדורים המעורבים במחלות ניווניות. כך למשל, ידוע כי סיבי הביניים העצביים מקושרים למחלות אלצהיימר ושארקו-מארי-טות, מחלה גנטית הקשורה למערכת העצבים ההיקפית. במחקר אחר, חקרנו את מבנה קרום המיאלין, היוצר שכבת מגן לתאי העצב. תאי עצב מוליכים דחפים עצביים כפי שחוטים חשמליים מוליכים חשמל; בהמשך לאנלוגיה זו, מעטפת המיאלין היא כמו ״סרט בידוד״ העוטף את תאי העצב על מנת למנוע ״קצרים״ במערכת העצבים. בטרשת נפוצה מעטפת זאת נשברת כאשר המערכת החיסונית מזהה בטעות את מעטפת המיאלין והחלבונים שלה כגורם זר בגוף. מצאנו ששינויים קלים בהרכב קרום המיאלין, כפי שנמצאו בטרשת נפוצה, מובילים לאי יציבות מבנית אשר יכולה לגרום להתפרצות המחלה. המחקר שלנו בחן אילו שינויים נחוצים לאי היציבות המבנית הזאת, היכולים ליצור פרצה בשכבת המיאלין. האנליזה שביצענו מראה כי מבנה הליפידים בקרום - אבני הבניין המרכיבות אותו - הוא בעל משמעות קריטית לתצורת הקרום הסופית. אם הליפידים הם בעלי מבנה ישר, הקרום יהיה ישר - המבנה הנחוץ ליצירת ״סרט הבידוד״. אך אם חלק גדול מהם בעלי צורה של חרוט, הקרום יתארגן במבנים גליליים סגורים שיכולים לגרום להיווצרות ספונטנית של חורים ופגיעות בקרום המיאלין.