美國紐約大學和芝加哥大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種人造細胞狀結構，能利用無機物自主攝取、加工和排出物質，重現(xiàn)活細胞的基本功能。這項研究為創(chuàng)造“模擬細胞”提供了藍圖，其潛在應用范圍包括藥物輸送、環(huán)境科學等。相關論文發(fā)表在8日的《自然》雜志上。
活細胞的一個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)。當系統(tǒng)利用能量將這些分子從低濃度區(qū)移動到高濃度區(qū)時，這個過程被稱為主動運輸。
幾十年來，研究人員一直致力于創(chuàng)造能夠模擬生物細胞特征和行為的人造細胞。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。
此次，研究人員開發(fā)出一種新的、完全合成的模擬細胞。將它放在不同顆粒的混合物中時，該模擬細胞可以自主捕獲、濃縮、存儲和運送微小顆粒，執(zhí)行主動運輸任務。
為了設計模擬細胞，研究人員使用聚合物創(chuàng)造了一種紅細胞大小的球狀膜，用于控制進出細胞的物質。他們在球狀膜上鉆了一個納米微孔，創(chuàng)造了一個模仿細胞蛋白質的物質交換通道。
為了執(zhí)行主動運輸任務，該模擬細胞需要一種機制為自身提供動力，以吸進和排出物質。在活細胞中，線粒體和三磷腺苷(ATP)為主動運輸提供必要的能量。而在模擬細胞中，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，它起到了泵的作用。當光線照射到泵上時，會引發(fā)化學反應，將泵變成微小的真空，并將顆粒吸入膜中。當泵關閉時，顆粒被困在模擬細胞內(nèi)并進行處理。當化學反應發(fā)生逆轉時，顆粒就會按需推出。
紐約大學化學副教授、該研究主要作者斯特凡諾·薩卡納表示，這種細胞結構設計的核心是內(nèi)部提供動力的活性元素與細胞壁之間的協(xié)同作用，這使模擬細胞能夠攝取、處理和排出物質。
研究人員在不同的環(huán)境中測試了模擬細胞，結果發(fā)現(xiàn)，它們不僅能從周圍的水中攝取顆?；螂s質，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)細菌的新方法。
將來，這種模擬細胞還能用于藥物輸送，因為它們在被激活時可以釋放出預先加載的物質。
研究人員正在繼續(xù)開發(fā)和研究模擬細胞，包括構建能執(zhí)行不同任務的細胞，學習不同類型的細胞如何相互交流等。(實習記者張佳欣)
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