科學(xué)家創(chuàng)造了模擬活細(xì)胞捕獲處理和排出物質(zhì)能力的人造細(xì)胞

研究人員已經(jīng)開發(fā)出使用無機(jī)物質(zhì)自主攝取、加工和推出物質(zhì)的人造細(xì)胞樣結(jié)構(gòu)——重現(xiàn)活細(xì)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(xì)胞模擬物”的藍(lán)圖，其潛在應(yīng)用范圍從藥物輸送到環(huán)境科學(xué)。

活細(xì)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(dāng)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(shí)，該過程稱為主動運(yùn)輸。主動運(yùn)輸使細(xì)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(xì)胞——模擬生物細(xì)胞特征和行為的工程微觀結(jié)構(gòu)。但這些細(xì)胞模擬物往往缺乏執(zhí)行復(fù)雜細(xì)胞過程(如主動運(yùn)輸)的能力。

在Nature研究中，紐約大學(xué)和芝加哥大學(xué)的研究人員描述了一種新的、完全合成的細(xì)胞模擬物，它離復(fù)制活細(xì)胞的功能又近了一步。當(dāng)部署在不同粒子的混合物中時(shí)，細(xì)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(yùn)輸任務(wù)。這些人造細(xì)胞是使用最少的成分制造的，沒有從生物學(xué)中借用任何材料。

為了設(shè)計(jì)細(xì)胞模擬物，研究人員使用聚合物制造了一個紅細(xì)胞大小的球形膜，這是細(xì)胞膜的替代品，控制進(jìn)出細(xì)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(xì)胞的蛋白質(zhì)通道。

但是為了執(zhí)行主動運(yùn)輸所需的任務(wù)，細(xì)胞模擬物需要一種機(jī)制來為細(xì)胞樣結(jié)構(gòu)提供動力以吸入和排出物質(zhì)。在活細(xì)胞中，線粒體和 ATP 為主動運(yùn)輸提供必要的能量。在細(xì)胞模擬物中，研究人員在納米通道內(nèi)添加了一種化學(xué)反應(yīng)成分，當(dāng)被光激活時(shí)，它會起到泵的作用。當(dāng)光照射到泵上時(shí)，它會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，將泵變成一個微小的真空并將貨物拉入膜中。當(dāng)泵關(guān)閉時(shí)，貨物被困在模擬細(xì)胞內(nèi)并進(jìn)行處理。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生逆轉(zhuǎn)時(shí)，貨物會按需推出。

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