科學(xué)家探索人造細胞器的創(chuàng)造

人體由許多不同類型的細胞組成，這些細胞具有稱為細胞器的小隔室，可以執(zhí)行復(fù)雜的生化反應(yīng)。這些隔室具有多種酶，它們協(xié)同工作以執(zhí)行重要的細胞功能?；A(chǔ)科學(xué)研究所(IBS，韓國)軟物質(zhì)和生命物質(zhì)中心的研究人員在作為封面文章發(fā)表在《自然催化》上的最新研究中，成功??地模仿了這些納米空間隔室以制造“人工線粒體”。他們表示，該技術(shù)可用于構(gòu)建人工細胞器，為受損或患病組織中的細胞提供 ATP 或其他有用分子。

這是通過重新編程“外泌體”來實現(xiàn)的，外泌體是細胞用于細胞間信號傳遞的小囊泡(直徑約 120 nm)。研究人員使用微流體液滴反應(yīng)器進行了實驗，該反應(yīng)器產(chǎn)生與典型細胞大小相似的小液滴。(直徑~10 μm)研究人員首先旨在促進液滴內(nèi)這些外泌體的受控融合，同時防止不需要的融合。

他們通過用稱為兒茶酚的分子定制外泌體表面來實現(xiàn)這一點，兒茶酚是一種與金屬離子形成復(fù)合物的螯合劑。這反過來又是通過將兒茶酚附著在靶向特定細胞標記物(如 CD9)的抗體上來完成的。兒茶酚的復(fù)合物形成特性使它們能夠在與 Fe3+等金屬離子混合時驅(qū)動外泌體之間的融合。當(dāng)表面上的兒茶酚與鐵結(jié)合并使囊泡彼此靠近時，就會發(fā)生膜融合。

研究人員首先通過將一種類型的外泌體加載鈣黃綠素-Co2+和另一種加載EDTA 來測試該系統(tǒng)的有效性。當(dāng)兩個囊泡融合并且內(nèi)容物混合時，EDTA 會從鈣黃綠素上奪走Co2+，然后讓后者發(fā)出熒光。該團隊意識到他們在檢測到熒光信號后是成功的，并且通過測量的外泌體直徑加倍進一步證實了融合。

這些定制的外泌體隨后被預(yù)裝了不同的反應(yīng)物和酶，從而將它們變成了仿生納米工廠。這使他們能夠通過以空間受限的方式進行所需的生物催化轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)高價值的生物分子，而使用傳統(tǒng)的實驗室試管是不可能的。該團隊通過將葡萄糖氧化酶 (GOx) 和辣根過氧化物酶 (HRP) 封裝在外泌體中，證明了這種多酶生物催化級聯(lián)功能。GOx 首先將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸和過氧化氫。HRP 反過來使用第一個反應(yīng)中產(chǎn)生的過氧化氫將 Amplex Red 氧化成熒光產(chǎn)物試鹵靈。研究人員甚至能夠更進一步，在混合物中添加第三種酶——半乳糖苷酶，將乳糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。

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