The Biophysics Group investigates the molecular mechanisms of life by integrating biochemistry, biophysics, advanced bioimaging, computational modeling, and artificial intelligence. We explore the structure, dynamics, and function of biomolecules across molecular and cellular scales. Our research focuses on mechanobiology, membrane transporters and biotoxicity, protein design, bioimaging, computational biophysics, and biophysics of the origin of life. Using cutting-edge techniques such as high-speed atomic force microscopy (HS-AFM), advanced fluorescence microscopy, molecular dynamics simulations, and machine learning, we uncover the dynamic principles governing biological systems. Our long-term vision is to develop molecular and cellular digital twins that integrate experimental and computational data to enable predictive molecular biology and accelerate advances in medicine, biotechnology, agriculture, and environmental sustainability.
Research Directions
Current Group Members
Selected Publications
- Kenji Murakami, Takuo Yasunaga, Taro Q.P. Noguchi, Yuki Gomibuchi, Kien Xuan Ngo, Taro Q.P. Uyeda, Takeyuki Wakabayashi, “Structural Basis for Actin Assembly, Activation of ATP Hydrolysis, and Delayed Phosphate Release”, Cell, vol.143, pp.275-287, 2010. Awarded by F1000Prime.
- Kien Xuan Ngo, Noriyuki Kodera, Eisaku Katayama, Toshio Ando, Taro Q.P. Uyeda, “Cofilin-Induced Unidirectional Cooperative Conformational Changes in Actin Filaments Revealed by High-Speed Atomic Force Microscopy”, eLife, vol.4, pp.1–22, 2015. Awarded by F1000Prime.
- Kien Xuan Ngo, Nobuhisa Umeki, Saku T. Kijima, Noriyuki Kodera, Hiroaki Ueno, Nozomi Furutani-Umezu, Jun Nakajima, Taro Q.P. Noguchi, Akira Nagasaki, Kiyotaka Tokuraku, Taro Q.P. Uyeda, “Allosteric Regulation by Cooperative Conformational Changes of Actin Filaments Drives Mutually Exclusive Binding with Cofilin and Myosin”, Scientific Reports, vol.6, pp.35449, 2016. Awarded by F1000Prime.
- Rie Ayukawa, Seigo Iwata, Hiroshi Imai, Shinji Kamimura, Masahito Hayashi, Kien Xuan Ngo, Itsushi Minoura, Seiichi Uchimura, Tsukasa Makino, Mikako Shirouzu, Hideki Shigematsu, Ken Sekimoto, Benoît Gigant, Etsuko Muto, “GTP-Dependent Formation of Straight Tubulin Oligomers Leads to Microtubule Nucleation”, Journal of Cell Biology, vol.220 (4), pp.1–19, 2021.
- Anthony Vial, Cyntia Taveneau, Luca Costa, Brieuc Chauvin, Hussein Nasrallah, Cédric Godefroy, Hervé Isamberto, Kien Xuan Ngo, Stéphanie Mangenot, Daniel Levy, Aurélie Bertin, Pierre-Emmanuel Milhiet, “Correlative AFM and Fluorescence Imaging Demonstrate Nanoscale Membrane Remodeling and Ring-Like and Tubular Structure Formation by Septins”, Nanoscale, vol.13 (29), pp.12484–12493, 2021.
- Kien Xuan Ngo, Phuong Doan N. Nguyen, Hirotoshi Furusho, Makoto Miyata, Tomomi Shimonaka, Nguyen Ngoc Bao Chau, Nguyen Phuong Vinh, Nguyen Anh Nghia, Tareg Omer Mohammed, Takehiko Ichikawa, Noriyuki Kodera, Hiroki Konno, Takeshi Fukuma, Nguyen Bao Quoc, “Unraveling the Host-Selective Toxic Interaction of Cassiicolin with Lipid Membranes and Its Cytotoxicity”, Phytopathology, DOI: https://doi.org/10.1094/phyto-09-21-0397-r, 2022. Editor Picked from July Issue.
- Yuuki Hayakawa#, Masak Takaine#, Kien Xuan Ngo#, et al., “Actin Binding Domain of Rng2 Sparsely Bound on F-actin Strongly Inhibits Actin Movement on Myosin II”, Life Science Alliance, vol.6 (1), e202201469, 2023 (#) co-first authors.
- Tareg Omer Mohammed, You-Rong Lin, Lucky Akter, Kai Weissenbruch, Kien Xuan Ngo, Yanjun Zhang, Noriyuki Kodera, Martin Bastmeyer, Yusuke Miyanari, Azuma Taoka, Clemens M. Franz, “S100A11 Promotes Focal Adhesion Disassembly via Myosin II-Driven Contractility and Piezo1-Mediated Ca2+ Entry”, Journal of Cell Science, vol.137 (2), jcs261492, 2024.
- Yuki Yoshioka#, Yong Huang#, Xiaocen Jin#, Kien Xuan Ngo#, Tomohiro Kumaki, Meihua Jin, Saori Toyoda, Sumire Takayama, Maiko Inotsume, Kyota Fujita, Hidenori Homma, Toshio Ando, Hikari Tanaka, Hitoshi Okazawa, “PQBP3 prevents senescence by suppressing PSME3- mediated proteasomal Lamin B1 degradation”, EMBO Journal, vol.43(18), pp3968-3999, 2024. (#) co-first authors.
- Hidenori Homma#, Kien Xuan Ngo#, Yuki Yoshioka, Hikari Tanaka, Maiko Inotsume, Kyota Fujita, Toshio Ando, Hitoshi Okazawa, “PQBP3/NOL7 is an intrinsically disordered protein”, Biochemical and Biophysical Research Communications, vol.736, pp150453, 2024. (#) co-first authors.
- Toshio Ando, Shingo Fukuda, Kien X. Ngo, Holger Flechsig, “High-Speed Atomic Force Microscopy for Filming Protein Molecules in Dynamic Action”, Annual Review of Biophysics, vol.53 (1), pp.19-39, 2024 10.1146/annurev-biophys-030722-113353.
- Kien Xuan Ngo#*, Huong T Vu#, Kenichi Umeda, Minh-Nhat Trinh, Noriyuki Kodera, Taro Q.P. Uyeda, “Deciphering the Actin Structure-Dependent Preferential Cooperative Binding of Cofilin”, eLife, 13(RP95257), pp1-37, 2024. (#) co-first authors. (*) Corresponding author. https://elifesciences.org/articles/95257.
- Ngan Thi Phuong Le, Kien Xuan Ngo*, Trinh Thi Ngoc Nguyen, Linh-Thuoc Tran, Hoang Duc Nguyen* “Imaging oligomers of alpha-toxin (Hla) variants using high-speed AFM and neutralizing Hla hemolytic activity with their antisera”, Arch. Biochem. Biophys., 100359, 2025. https://doi.org/10.1016/j.abb.2025.110403. (*Corresponding author).
- Thuyen Tran Vinh Nguyen*, Ngoc Quoc Ly*, Ngan Thi Phuong Le, Hoang Duc Nguyen, Kien Xuan Ngo*, “AFMnanoSALQ: An Accurate Detection Framework for Semi-automatic Labeling, Quantitative Analysis of α-Hemolysin Nanopores Using Intensity-Height Cues in HS-AFM”, Data. In: Quan, T.T., Sombattheera, C., Pham, HA., Tran, N.T. (eds) Multi-disciplinary Trends in Artificial Intelligence. MIWAI 2025. Lecture Notes in Computer Science(), vol 16355, 2026. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-95-4963-4_7.
- Kien Xuan Ngo*, Sumikama, T., Vuillemot, R., Nguyen, H.G., Le, N.T.P., and Grudinin, S., “SimHS-AFMfit-MD: An Integrative Approach for Inferring Alpha- Actinin Atomic Conformational Dynamics”, Nano Letters, 26, 3298–3307, 2026. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00617. (*Corresponding author).
- Yurtsever, A., Kien Xuan Ngo, Sumikama, T., Imamura, A., Mochizuki, S., Hirata, K., Zhang, H., Konno, H., Miyata, K., and Fukuma, T., “Hydration-Mediated Energy Landscapes Govern Rotational Flexibility in Membrane-Bound Annexin V Assemblies”, Nano Letters, 26, 4719–4729, 2026. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00388.
- Kien Xuan Ngo: Youtube channel https://www.youtube.com/@kienxuanngo7386.
International Collaborations & Networks
The Biophysics Group actively collaborates with a global network of leading research institutions:
- Nano Life Science Institute (NanoLSI), Kanazawa University, Japan: Core collaboration on HS-AFM, FM-AFM, and AFM technology and their applications including molecular structural dynamics and mechanobiology.
- Waseda University, Tokyo, Japan: Core collaboration on mechanobiology.
- Osaka University, Osaka, Japan: Core collaboration of liposome engineering.
- Kyoto University, Japan: Core collaboration on Molecular Dynamics (MD) simulations.
- University of Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, France: Core collaboration on SimHS-AFMfit-MD.
- Oak Ridge National Laboratory, USA: Core collaboration on supercomputing and large-scale molecular dynamics simulations with NAMD.
- University of British Columbia, Vancouver, Canada: Core collaboration on digital twin-based inference for reconstructing atomic structure and dynamics from AFM data.
- National Yang Ming Chiao Tung University, Taiwan: Core collaboration in peptide-based drug delivery systems and therapeutic biomaterials.
- Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, Poland: Core collaboration on Molecular Dynamics (MD) simulations.
Education, Outreach & Community Building
We are committed to advancing biophysics education, scientific outreach, and community building in Vietnam and beyond. Dr. Kien Xuan Ngo serves as Vice President of the Vietnamese Biophysical Society (VBS - https://vietbiophysics.vn/) for the 2025–2028 term, contributing to the growth of Vietnam’s biophysics community and strengthening its international collaborations. He also plays an active role in re-establishing the Microscopy Society of Vietnam (MSV - https://vietmicroscopy.vn/), with the vision of promoting microscopy research & development (R&D), education, application, and international collaboration.
Join us
We welcome students and researchers from physics, chemistry, biology, and related fields who are passionate about exploring the physical principles of life. Opportunities are available for undergraduate internships, Master's and PhD research, and postdoctoral fellowships.
Nhóm Nghiên cứu Vật lý Sinh học tập trung nghiên cứu các cơ chế phân tử của sự sống thông qua việc tích hợp sinh hóa học, vật lý sinh học, công nghệ hình ảnh sinh học tiên tiến, mô hình hóa tính toán và trí tuệ nhân tạo. Chúng tôi khám phá cấu trúc, động lực học và chức năng của các phân tử sinh học trên nhiều cấp độ, từ phân tử đến tế bào. Các hướng nghiên cứu chính của nhóm bao gồm cơ sinh học, các protein vận chuyển qua màng và độc tính sinh học, thiết kế protein, công nghệ hình ảnh sinh học, vật lý sinh học tính toán và nguồn gốc sự sống. Bằng cách ứng dụng các công nghệ tiên tiến như kính hiển vi lực nguyên tử tốc độ cao (HS-AFM), kính hiển vi huỳnh quang hiện đại, mô phỏng động lực học phân tử (MD) và học máy (ML), chúng tôi tìm hiểu và làm sáng tỏ các nguyên lý động lực học chi phối cấu trúc, chức năng và hoạt động của các hệ thống sinh học. Tầm nhìn dài hạn của chúng tôi là xây dựng các bản sao số (digital twins) ở cấp độ phân tử và tế bào, tích hợp dữ liệu thực nghiệm với dữ liệu tính toán nhằm phát triển các mô hình sinh học phân tử có khả năng dự đoán, qua đó thúc đẩy những đột phá trong y học, công nghệ sinh học, nông nghiệp và phát triển bền vững môi trường.
Hướng nghiên cứu
Thành viên nhóm nghiên cứu hiện tại
Các ấn phẩm chọn lọc
- Kenji Murakami, Takuo Yasunaga, Taro Q.P. Noguchi, Yuki Gomibuchi, Kien Xuan Ngo, Taro Q.P. Uyeda, Takeyuki Wakabayashi, “Structural Basis for Actin Assembly, Activation of ATP Hydrolysis, and Delayed Phosphate Release”, Cell, vol.143, pp.275-287, 2010. Awarded by F1000Prime.
- Kien Xuan Ngo, Noriyuki Kodera, Eisaku Katayama, Toshio Ando, Taro Q.P. Uyeda, “Cofilin-Induced Unidirectional Cooperative Conformational Changes in Actin Filaments Revealed by High-Speed Atomic Force Microscopy”, eLife, vol.4, pp.1–22, 2015. Awarded by F1000Prime.
- Kien Xuan Ngo, Nobuhisa Umeki, Saku T. Kijima, Noriyuki Kodera, Hiroaki Ueno, Nozomi Furutani-Umezu, Jun Nakajima, Taro Q.P. Noguchi, Akira Nagasaki, Kiyotaka Tokuraku, Taro Q.P. Uyeda, “Allosteric Regulation by Cooperative Conformational Changes of Actin Filaments Drives Mutually Exclusive Binding with Cofilin and Myosin”, Scientific Reports, vol.6, pp.35449, 2016. Awarded by F1000Prime.
- Rie Ayukawa, Seigo Iwata, Hiroshi Imai, Shinji Kamimura, Masahito Hayashi, Kien Xuan Ngo, Itsushi Minoura, Seiichi Uchimura, Tsukasa Makino, Mikako Shirouzu, Hideki Shigematsu, Ken Sekimoto, Benoît Gigant, Etsuko Muto, “GTP-Dependent Formation of Straight Tubulin Oligomers Leads to Microtubule Nucleation”, Journal of Cell Biology, vol.220 (4), pp.1–19, 2021.
- Anthony Vial, Cyntia Taveneau, Luca Costa, Brieuc Chauvin, Hussein Nasrallah, Cédric Godefroy, Hervé Isamberto, Kien Xuan Ngo, Stéphanie Mangenot, Daniel Levy, Aurélie Bertin, Pierre-Emmanuel Milhiet, “Correlative AFM and Fluorescence Imaging Demonstrate Nanoscale Membrane Remodeling and Ring-Like and Tubular Structure Formation by Septins”, Nanoscale, vol.13 (29), pp.12484–12493, 2021.
- Kien Xuan Ngo, Phuong Doan N. Nguyen, Hirotoshi Furusho, Makoto Miyata, Tomomi Shimonaka, Nguyen Ngoc Bao Chau, Nguyen Phuong Vinh, Nguyen Anh Nghia, Tareg Omer Mohammed, Takehiko Ichikawa, Noriyuki Kodera, Hiroki Konno, Takeshi Fukuma, Nguyen Bao Quoc, “Unraveling the Host-Selective Toxic Interaction of Cassiicolin with Lipid Membranes and Its Cytotoxicity”, Phytopathology, DOI: https://doi.org/10.1094/phyto-09-21-0397-r, 2022. Editor Picked from July Issue.
- Yuuki Hayakawa#, Masak Takaine#, Kien Xuan Ngo#, et al., “Actin Binding Domain of Rng2 Sparsely Bound on F-actin Strongly Inhibits Actin Movement on Myosin II”, Life Science Alliance, vol.6 (1), e202201469, 2023 (#) co-first authors.
- Tareg Omer Mohammed, You-Rong Lin, Lucky Akter, Kai Weissenbruch, Kien Xuan Ngo, Yanjun Zhang, Noriyuki Kodera, Martin Bastmeyer, Yusuke Miyanari, Azuma Taoka, Clemens M. Franz, “S100A11 Promotes Focal Adhesion Disassembly via Myosin II-Driven Contractility and Piezo1-Mediated Ca2+ Entry”, Journal of Cell Science, vol.137 (2), jcs261492, 2024.
- Yuki Yoshioka#, Yong Huang#, Xiaocen Jin#, Kien Xuan Ngo#, Tomohiro Kumaki, Meihua Jin, Saori Toyoda, Sumire Takayama, Maiko Inotsume, Kyota Fujita, Hidenori Homma, Toshio Ando, Hikari Tanaka, Hitoshi Okazawa, “PQBP3 prevents senescence by suppressing PSME3- mediated proteasomal Lamin B1 degradation”, EMBO Journal, vol.43(18), pp3968-3999, 2024. (#) co-first authors.
- Hidenori Homma#, Kien Xuan Ngo#, Yuki Yoshioka, Hikari Tanaka, Maiko Inotsume, Kyota Fujita, Toshio Ando, Hitoshi Okazawa, “PQBP3/NOL7 is an intrinsically disordered protein”, Biochemical and Biophysical Research Communications, vol.736, pp150453, 2024. (#) co-first authors.
- Toshio Ando, Shingo Fukuda, Kien X. Ngo, Holger Flechsig, “High-Speed Atomic Force Microscopy for Filming Protein Molecules in Dynamic Action”, Annual Review of Biophysics, vol.53 (1), pp.19-39, 2024 10.1146/annurev-biophys-030722-113353.
- Kien Xuan Ngo#*, Huong T Vu#, Kenichi Umeda, Minh-Nhat Trinh, Noriyuki Kodera, Taro Q.P. Uyeda, “Deciphering the Actin Structure-Dependent Preferential Cooperative Binding of Cofilin”, eLife, 13(RP95257), pp1-37, 2024. (#) co-first authors. (*) Corresponding author. https://elifesciences.org/articles/95257.
- Ngan Thi Phuong Le, Kien Xuan Ngo*, Trinh Thi Ngoc Nguyen, Linh-Thuoc Tran, Hoang Duc Nguyen* “Imaging oligomers of alpha-toxin (Hla) variants using high-speed AFM and neutralizing Hla hemolytic activity with their antisera”, Arch. Biochem. Biophys., 100359, 2025. https://doi.org/10.1016/j.abb.2025.110403. (*Corresponding author).
- Thuyen Tran Vinh Nguyen*, Ngoc Quoc Ly*, Ngan Thi Phuong Le, Hoang Duc Nguyen, Kien Xuan Ngo*, “AFMnanoSALQ: An Accurate Detection Framework for Semi-automatic Labeling, Quantitative Analysis of α-Hemolysin Nanopores Using Intensity-Height Cues in HS-AFM”, Data. In: Quan, T.T., Sombattheera, C., Pham, HA., Tran, N.T. (eds) Multi-disciplinary Trends in Artificial Intelligence. MIWAI 2025. Lecture Notes in Computer Science(), vol 16355, 2026. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-95-4963-4_7.
- Kien Xuan Ngo*, Sumikama, T., Vuillemot, R., Nguyen, H.G., Le, N.T.P., and Grudinin, S., “SimHS-AFMfit-MD: An Integrative Approach for Inferring Alpha- Actinin Atomic Conformational Dynamics”, Nano Letters, 26, 3298–3307, 2026. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00617. (*Corresponding author).
- Yurtsever, A., Kien Xuan Ngo, Sumikama, T., Imamura, A., Mochizuki, S., Hirata, K., Zhang, H., Konno, H., Miyata, K., and Fukuma, T., “Hydration-Mediated Energy Landscapes Govern Rotational Flexibility in Membrane-Bound Annexin V Assemblies”, Nano Letters, 26, 4719–4729, 2026. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00388.
- Kien Xuan Ngo: Youtube channel https://www.youtube.com/@kienxuanngo7386.
Hợp tác quốc tế & Mạng lưới
Nhóm Nghiên cứu Vật lý Sinh học duy trì hợp tác chặt chẽ với mạng lưới các trường đại học, viện nghiên cứu và trung tâm khoa học hàng đầu trên thế giới:
- Viện Khoa học Sự sống Nano (NanoLSI), Đại học Kanazawa, Nhật Bản: Hợp tác trọng điểm về kính hiển vi lực nguyên tử tốc độ cao (HS-AFM), kính hiển vi lực nguyên tử điều chế tần số (FM-AFM), công nghệ AFM và các ứng dụng trong nghiên cứu động lực học cấu trúc phân tử và cơ sinh học.
- Đại học Waseda, Tokyo, Nhật Bản: Hợp tác trọng điểm trong lĩnh vực cơ sinh học.
- Đại học Osaka, Nhật Bản: Hợp tác trọng điểm về lĩnh vực kỹ thuật liposome.
- Đại học Kyoto, Nhật Bản: Hợp tác trọng điểm về mô phỏng động lực học phân tử (MD).
- Đại học Grenoble Alpes và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS), Grenoble, Pháp: Hợp tác trọng điểm trong phát triển nền tảng SimHS-AFMfit-MD.
- Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, Hoa Kỳ: Hợp tác trọng điểm về siêu máy tính (supercomputing) và mô phỏng động lực học phân tử quy mô lớn sử dụng NAMD.
- Đại học British Columbia, Vancouver, Canada: Hợp tác trọng điểm về các phương pháp suy luận dựa trên bản sao số (digital twins) nhằm tái dựng cấu trúc và động lực học ở độ phân giải nguyên tử từ dữ liệu AFM.
- Đại học Quốc gia Dương Minh Giao Thông, Đài Loan: Hợp tác nghiên cứu trọng điểm về các hệ thống phân phối thuốc dựa trên peptide.
- Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Ba Lan, Ba Lan: Hợp tác nghiên cứu trọng điểm về mô phỏng động lực học phân tử.
Đào tạo, Kết nối & Xây dựng Cộng đồng
Chúng tôi cam kết thúc đẩy giáo dục trong lĩnh vực vật lý sinh học, phổ biến khoa học và phát triển cộng đồng nghiên cứu tại Việt Nam cũng như trên phạm vi quốc tế. TS. Ngô Xuân Kiên hiện đảm nhiệm cương vị Phó Chủ tịch Hội Vật lý Sinh học Việt Nam (VBS - https://vietbiophysics.vn/) nhiệm kỳ 2025–2028, góp phần phát triển cộng đồng vật lý sinh học Việt Nam và tăng cường hợp tác quốc tế. Ông cũng tích cực tham gia tái thành lập Hội Hiển vi Việt Nam (MSV - https://vietmicroscopy.vn/) với tầm nhìn thúc đẩy nghiên cứu và phát triển (R&D), đào tạo, ứng dụng công nghệ hiển vi và mở rộng hợp tác quốc tế.
Tham gia cùng chúng tôi
Chúng tôi luôn chào đón sinh viên và các nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực vật lý, hóa học, sinh học và các ngành liên quan có chung niềm đam mê khám phá những nguyên lý vật lý của sự sống. Nhóm nghiên cứu thường xuyên tuyển nhận sinh viên thực tập bậc đại học, học viên cao học, nghiên cứu sinh tiến sĩ và nghiên cứu viên sau tiến sĩ.