研究打造 新一代模拟细胞

文|陈根

细胞是生命的基本组成单元,细胞结构、功能以及行为的解析对于探索生命的奥秘、疾病的产生、病症的治疗等,具有十分重要的意义。随着生物学技术的进步,研究人员可以采用自下而上的策略,重建细胞生物过程,即所谓的人工细胞合成。

人造细胞是人工构建的简化细胞模型,能够有效克服传统细胞研究中所面临的诸多问题。其不仅有利于研究细胞内以及细胞间的分子作用机制,还有助于建立生命体系以及非生命体系的联系,为生命起源研究提供相应的理论基础。

与简单的合成结构相比,复杂的人造细胞对环境更敏感,并能执行更多种类的工作,例如递药、追踪癌细胞、检测有毒化学物质、提高诊断准确性等。不过,天然细胞自身拥有对外部化学变化作出反应的能力,这个过程非常复杂。而人工设计的细胞“复制品”,很难实现精确调控。

为此,近日美国纽约大学和芝加哥大学的研究人员开发出一种人造细胞状结构,其能利用无机物自主摄取、加工和排出物质,重现了活细胞的基本功能。

在这项研究中,科学家们重点关注细胞的主动运输功能,而不是细胞的复杂功能机制。活细胞有错综复杂的膜,有蛋白质通道和由线粒体和三磷酸腺苷(ATP)驱动的“泵送”机制,这些能使细胞通过膜将选定的分子泵入和泵出。

于是,科学家们选择用聚合物制造出红细胞大小的气泡,并刺穿它们让颗粒通过,模仿细胞的蛋白质通道。值得注意的是,模仿细胞的通道内没有线粒体,而是光激活的催化剂。

将光照在催化剂上,可以启动化学反应,像泵一样将材料拉过通道;当光关闭的时候,材料则困在里面并逆转反应将材料排出。简单来说,该机制能够让人造细胞像活细胞一样模拟摄取、储存、处理和排出物质。

目前,该研究已发表在《自然》杂志上。未来,科学家们将是模仿其他功能,找到人造细胞相互“交流”的方法。

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