美國紐約大學和芝加哥大學的研究人員已經開發(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，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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