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人造细胞模仿生物细胞的重要功能

摘要 研究人员已经开发出使用无机物质自主摄取、加工和推出物质的人造细胞样结构——重现活细胞的基本功能。他们发表在《自然》杂志上的文章提供

研究人员已经开发出使用无机物质自主摄取、加工和推出物质的人造细胞样结构——重现活细胞的基本功能。

他们发表在《自然》杂志上的文章提供了创建“细胞模拟物”的蓝图,其潜在应用范围从药物输送到环境科学。

活细胞的一个基本功能是它们能够从环境中获取能量以将分子泵入和泵出其系统。当使用能量将这些分子从较低浓度的区域移动到较高浓度的区域时,该过程称为主动运输。主动运输使细胞能够吸收必要的分子,如葡萄糖或氨基酸,储存能量并提取废物。

几十年来,研究人员一直致力于创造人工细胞——模拟生物细胞特征和行为的工程微观结构。但这些细胞模拟物往往缺乏执行复杂细胞过程(如主动运输)的能力。

在Nature研究中,纽约大学和芝加哥大学的研究人员描述了一种新的、完全合成的细胞模拟物,它离复制活细胞的功能又近了一步。当部署在不同粒子的混合物中时,细胞模拟物可以通过自主捕获、浓缩、储存和递送微观货物来执行主动运输任务。这些人造细胞是使用最少的成分制造的,没有从生物学中借用任何材料。

为了设计细胞模拟物,研究人员使用聚合物制造了一个红细胞大小的球形膜,这是细胞膜的替代品,控制进出细胞的物质。他们在球形膜上钻了一个微孔,形成了一个纳米通道,通过它可以交换物质,模拟细胞的蛋白质通道。

但是为了执行主动运输所需的任务,细胞模拟物需要一种机制来为细胞样结构提供动力以吸入和排出物质。在活细胞中,线粒体和 ATP 为主动运输提供必要的能量。在细胞模拟物中,研究人员在纳米通道内添加了一种化学反应成分,当被光激活时,它会起到泵的作用。当光照射到泵上时,它会引发化学反应,将泵变成一个微小的真空并将货物拉入膜中。当泵关闭时,货物被困在模拟细胞内并进行处理。当化学反应发生逆转时,货物会按需推出。