研究人員已經(jīng)開發(fā)出使用無機物質(zhì)自主攝取、加工和推出物質(zhì)的人造細胞樣結(jié)構(gòu)——重現(xiàn)活細胞的基本功能。
他們發(fā)表在《自然》雜志上的文章提供了創(chuàng)建“細胞模擬物”的藍圖，其潛在應用范圍從藥物輸送到環(huán)境科學。
活細胞的一個基本功能是它們能夠從環(huán)境中獲取能量以將分子泵入和泵出其系統(tǒng)。當使用能量將這些分子從較低濃度的區(qū)域移動到較高濃度的區(qū)域時，該過程稱為主動運輸。主動運輸使細胞能夠吸收必要的分子，如葡萄糖或氨基酸，儲存能量并提取廢物。
幾十年來，研究人員一直致力于創(chuàng)造人造細胞——模擬生物細胞特征和行為的工程微觀結(jié)構(gòu)。但這些細胞模擬物往往缺乏執(zhí)行復雜細胞過程(如主動運輸)的能力。
在Nature研究中，紐約大學和芝加哥大學的研究人員描述了一種新的、完全合成的細胞模擬物，它離復制活細胞的功能又近了一步。當部署在不同粒子的混合物中時，細胞模擬物可以通過自主捕獲、濃縮、儲存和遞送微觀貨物來執(zhí)行主動運輸任務。這些人造細胞是使用最少的成分制造的，沒有從生物學中借用任何材料。
為了設(shè)計細胞模擬物，研究人員使用聚合物制造了一個紅細胞大小的球形膜，這是細胞膜的替代品，控制進出細胞的物質(zhì)。他們在球形膜上鉆了一個微孔，形成了一個納米通道，通過它可以交換物質(zhì)，模擬細胞的蛋白質(zhì)通道。
但是為了執(zhí)行主動運輸所需的任務，細胞模擬物需要一種機制來為細胞樣結(jié)構(gòu)提供動力以吸入和排出物質(zhì)。在活細胞中，線粒體和 ATP 為主動運輸提供必要的能量。在細胞模擬物中，研究人員在納米通道內(nèi)添加了一種化學反應成分，當被光激活時，它會起到泵的作用。當光照射到泵上時，它會引發(fā)化學反應，將泵變成一個微小的真空并將貨物拉入膜中。當泵關(guān)閉時，貨物被困在模擬細胞內(nèi)并進行處理。當化學反應發(fā)生逆轉(zhuǎn)時，貨物會按需推出。
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