美國紐約大學(xué)和芝加哥大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種人造細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，能利用無機(jī)物自主攝取、加工和排出物質(zhì)，重現(xiàn)活細(xì)胞的基本功能。這項(xiàng)研究為創(chuàng)造“模擬細(xì)胞”提供了藍(lán)圖，其潛在應(yīng)用范圍包括藥物輸送、環(huán)境科學(xué)等。相關(guān)論文發(fā)表在8日的《自然》雜志上。
活細(xì)胞的一個(gè)基本功能是可以從環(huán)境中獲取能量，將分子吸入和排出自身系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)利用能量將這些分子從低濃度區(qū)移動(dòng)到高濃度區(qū)時(shí)，這個(gè)過程被稱為主動(dòng)運(yùn)輸。
幾十年來，研究人員一直致力于創(chuàng)造能夠模擬生物細(xì)胞特征和行為的人造細(xì)胞。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(dòng)運(yùn)輸）的能力。
此次，研究人員開發(fā)出一種新的、完全合成的模擬細(xì)胞。將它放在不同顆粒的混合物中時(shí)，該模擬細(xì)胞可以自主捕獲、濃縮、存儲和運(yùn)送微小顆粒，執(zhí)行主動(dòng)運(yùn)輸任務(wù)。
為了設(shè)計(jì)模擬細(xì)胞，研究人員使用聚合物創(chuàng)造了一種紅細(xì)胞大小的球狀膜，用于控制進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)。他們在球狀膜上鉆了一個(gè)納米微孔，創(chuàng)造了一個(gè)模仿細(xì)胞蛋白質(zhì)的物質(zhì)交換通道。
為了執(zhí)行主動(dòng)運(yùn)輸任務(wù)，該模擬細(xì)胞需要一種機(jī)制為自身提供動(dòng)力，以吸進(jìn)和排出物質(zhì)。在活細(xì)胞中，線粒體和三磷腺苷（ATP）為主動(dòng)運(yùn)輸提供必要的能量。而在模擬細(xì)胞中，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)，它起到了泵的作用。當(dāng)光線照射到泵上時(shí)，會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，將泵變成微小的真空，并將顆粒吸入膜中。當(dāng)泵關(guān)閉時(shí)，顆粒被困在模擬細(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)，顆粒就會按需推出。
紐約大學(xué)化學(xué)副教授、該研究主要作者斯特凡諾·薩卡納表示，這種細(xì)胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是內(nèi)部提供動(dòng)力的活性元素與細(xì)胞壁之間的協(xié)同作用，這使模擬細(xì)胞能夠攝取、處理和排出物質(zhì)。
研究人員在不同的環(huán)境中測試了模擬細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它們不僅能從周圍的水中攝取顆粒或雜質(zhì)，還可以吞噬大腸桿菌并將其困在膜內(nèi)，這說明它們有潛力用于清除水中的微小污染物，并可能提供了一種對抗體內(nèi)細(xì)菌的新方法。
將來，這種模擬細(xì)胞還能用于藥物輸送，因?yàn)樗鼈冊诒患せ顣r(shí)可以釋放出預(yù)先加載的物質(zhì)。
研究人員正在繼續(xù)開發(fā)和研究模擬細(xì)胞，包括構(gòu)建能執(zhí)行不同任務(wù)的細(xì)胞，學(xué)習(xí)不同類型的細(xì)胞如何相互交流等。（實(shí)習(xí)記者張佳欣）
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