科学探索|首个具有主动运输能力的“人造细胞”问世，将助力体内药物输送( 二 ) 首个具有主动运输能力的“人

例如，早在 2001 年，著名生物学家 Craig Venter 博士带领的研究团队在耗费了 15 年时间，花费了 4000 多万美金的基础上，成功构建了全球首个人造细胞。
而到了 2021 年， NIST 细胞工程小组负责人 Elizabeth Strychalski 教授带领的研究团队，更是通过添加合成基因，成功制造出可以正常生长分裂的“细胞” 。
【科学探索|首个具有主动运输能力的“人造细胞”问世，将助力体内药物输送】相比之下，细胞膜以及细胞骨架领域进展缓慢，尤其是细胞膜领域，近年来几乎没有任何突破。
首个实现主动运输功能的“人造细胞”
显然，对于生物工程学家们来说，单独完成细胞的某些功能，例如蛋白质制造、 DNA 复制等，是不够的。必须设计出完整的细胞结构，实现各个单元的合作，才能真正实现全合成人造细胞。
而人造细胞膜无疑是这其中非常重要的一环。
细胞膜看似结构简单，却保持稳定的内部微环境，控制内外物质交换，协助细胞骨架塑造细胞形态，承载多种蛋白质机器以实现各种生理功能，是细胞最基本的生命组分之一。
尤其是细胞膜的主动运输功能，更是保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质，完成各项生命活动的基本保障。

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（来源：Pixabay）
为了设计细胞模拟物，研究人员首先使用多面体齐聚倍半硅氧烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等聚合物制造了一个红细胞大小的细胞膜，用于控制物质进出。同时，他们在球形膜上钻了一个微孔，形成纳米通道，用于模拟蛋白质通道进行物质交换。
我们都知道，细胞膜执行主动运输的过程中需要消耗能量，对于生物活细胞来说，线粒体和 ATP 是能量的源泉。在人造细胞模拟物中， Sacanna 教授等人在纳米通道内添加了一种固体光催化剂。
当被光照激活时，这种催化剂会通过化学反应形成一个微小的真空环境，并将周围的物质拉入细胞膜内。当光照停止时，物质被储存在细胞膜内进行反应。同时这一化学反应还可以逆转，用于排泄废物。

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随后，研究人员在不同环境中测试了这种细胞模拟物。在一项实验中，他们将这种细胞模拟物悬浮在水中，用光激活它们，发现它们可以从周围的水中主动摄取物质。这意味着，这种细胞模拟物未来或可用于环境污染物的清理。
对此， Sacanna 教授表
示， “这好比吃豆豆游戏，我们的细胞模拟物可以到处收集污染物并将其从环境中去除。”
而另一项实验中，研究人员同样证实，细胞模拟物可以吞下大肠杆菌并将它们困在膜内，这可能提供一种对抗体内细菌的新方法。
这种细胞模拟物的另一个未来应用可能是药物输送，因为它们在激活时可以释放预加载的物质。目前，研究人员正在继续开发和研究这种细胞模拟物，包括构建具有不同功能的细胞模拟物，以及探索不同细胞模拟物之间如何交流。