人造模擬細胞具有活細胞基本功能

科技日報北京9月9日電 （實習記者張佳欣）美國紐約大學和芝加哥大學的研究人員已經開發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，重現活細胞的基本功能。這項研究為創造“模擬細胞”提供了藍圖，其潛在應用範圍包括藥物輸送、環境科學等。相關論文發表在8日的《自然》雜誌上。

活細胞的一個基本功能是可以從環境中獲取能量，將分子吸入和排出自身系統。當系統利用能量將這些分子從低濃度區移動到高濃度區時，這個過程被稱為主動運輸。

幾十年來，研究人員一直致力於創造能夠模擬生物細胞特徵和行為的人造細胞。但這些細胞模擬物往往缺乏執行復雜細胞過程（如主動運輸）的能力。

此次，研究人員開發出一種新的、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造了一種紅細胞大小的球狀膜，用於控制進出細胞的物質。他們在球狀膜上鑽了一個納米微孔，創造了一個模仿細胞蛋白質的物質交換通道。

為了執行主動運輸任務，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，會引發化學反應，將泵變成微小的真空，並將顆粒吸入膜中。當泵關閉時，顆粒被困在模擬細胞內並進行處理。當化學反應發生逆轉時，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境中測試了模擬細胞，結果發現，它們不僅能從周圍的水中攝取顆粒或雜質，還可以吞噬大腸桿菌並將其困在膜內，這説明它們有潛力用於清除水中的微小污染物，並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於藥物輸送，因為它們在被激活時可以釋放出預先加載的物質。

研究人員正在繼續開發和研究模擬細胞，包括構建能執行不同任務的細胞，學習不同類型的細胞如何相互交流等。

總編輯圈點

人造活細胞其實是頗具里程碑意義的實驗。這或許表明生命體是能在實驗室裏“被創造”出來的，而不一定要通過“進化”來完成。不過，這一研究一旦向“創造生命”靠攏，就會激起人們古老的爭論：人類是不是可以在實驗室扮演上帝的角色？本文中的成果，還僅僅是個人造細胞狀的結構，主要用於重現一些活細胞的基本功能。它的未來前景應是服務於人體內的藥物遞送，有可能的話，還將幫助科學家創造一個更深層服務於醫學的活細胞。