Nature：构建出天然细胞，可以模拟活细胞捕获、处置和排出物资的才能

起源：本站原创 2021-09-13 12:01

2021年9月13日讯/100医药网BIOON/---在一项新的研讨中，来自美国纽约年夜学和芝加哥年夜学的研讨职员应用有机物开辟出了相似于细胞的天然构造，它们可能自立地摄取、处置和排出物资---重现活细胞的根本功效。这一发现为构建“细胞模拟物（cell mimics）”提供了一个蓝图，其潜在利用范畴从药物递送到情况迷信。相关研讨成果颁发在2021年9月9日的Natur

2021年9月13日讯/BIOON/---在一项新的研讨中，来自美国纽约年夜学和芝加哥年夜学的研讨职员应用有机物开辟出了相似于细胞的天然构造，它们可能自立地摄取、处置和排出物资---重现活细胞的根本功效。这一发现为构建“细胞模拟物（cell mimics）”提供了一个蓝图，其潜在利用范畴从药物递送到情况迷信。相关研讨成果颁发在2021年9月9日的Nature期刊上，论文题目为“Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics”。

活细胞的一个根本功效是它们可能从情况中获取能量，将分子泵入和泵出其体系。当能量被用来将这些分子从低浓度区域挪动到高浓度区域时，这个进程被称为被动运输。被动运输使细胞可能排汇诸如葡萄糖或氨基酸之类的必须分子，贮存能量，并提取废料。 几十年来，迷信家们始终在尽力构建天然细胞---模拟生物细胞特征和行动的工程化宏观构造。然则这些细胞模拟物往往缺乏执行简单的细胞进程的才能，如被动运输。

在这项新的研讨中，这些作者描写了一种新的、完整合成的细胞模拟物，它离重现活细胞的功效又近了一步。当部署在分歧颗粒的混合物中时，这些细胞模拟物可以通过自立地捕获、集中、贮存和运送宏观货品来执行被动运输工作。这些天然细胞是用起码的身分制作的，没有借用任何来自生物学的资料。

为了设计这些细胞模拟物，这些作者用一种聚合物制作了红细胞年夜小的球形膜，这是节制哪些物资进出细胞的细胞膜的替代物。他们在球形膜上穿了一个微孔，从而产可以穿过而进行互换的通道，以模拟细胞的卵白质通道。

然则为了执行被动运输所需的工作，这些细胞模拟物必要一种机制来为这品种似细胞的构造提供能源，以摄入和排出物资。在活细胞中，线粒体和ATP为被动运输提供需要的能量。在细胞模拟物中，这些作者在这种通道内增加了一种化学反馈性身分，当被光激活时，它作为分子泵发扬作用。当光线照耀到这种通道上时，它引发了化学反馈，将这种分子泵酿成巨大的真空，并将分子货品拉入膜中。当这种分子泵被敞开时，分子货品被捕捉并在细胞模拟物外部处置。当这种化学反馈被逆转时，分子货品被按要求排出。

论文独特通信作者、纽约年夜学化学副传授Stefano Sacanna说，“咱们的设计理念使这些天然细胞模拟物可能自立操作，并执行迄今为止仅限于活细胞畛域的被动运输工作。这种细胞模拟物的症结是从外部为它提供能源的活性元件与细胞壁施加的物理限定之间的协同作用，使它们可能摄入、处置和排出异物。”

功效性乳剂，图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03774-y。

这些作者在分歧的情况中测试了这些细胞模拟物。在一个试验中，他们将细胞模拟物悬浮在水中，用光激活它们，并察看到它们从四周的水中摄取颗粒或杂质，这阐明了一种潜在的利用，即从水中清算宏观净化物。

Sacanna说，“把这些细胞模拟物想象成吃豆人（PAC-MAN）游戏---四处吃净化物，并把它们从情况中肃清。”

在另一个试验中，他们证实了这些细胞模拟物可以吞下年夜肠杆菌并将其捕捉在膜内，这能够为对立体内的提供了一种新办法。这些细胞模拟物的另一个将来利用能够是药物递送，由于它们当被激活时可以开释预先装载的物资。

这些作者正在持续开辟和研讨细胞模拟物，包含树立可能执行分歧工作的细胞模拟物，并正在相识分歧类型的细胞模拟物若何互相交流。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

Zhe Xu et al. . Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03774-y.

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