人造細(xì)胞系統(tǒng)模擬自然細(xì)胞“交流場景”

 科技日報(bào)北京11月14日電 （記者劉霞）荷蘭和瑞士科學(xué)家模仿眼睛內(nèi)的光感受器，合成出一種具備人工細(xì)胞器且能對外部信號做出敏感反應(yīng)的原細(xì)胞系統(tǒng)。他們還使用這些原細(xì)胞，模擬了自然細(xì)胞間的“交流場景”。這一進(jìn)展為開發(fā)疾病新療法和人造組織帶來了可能。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《先進(jìn)材料》雜志。

生命的本質(zhì)在于溝通。從微小的細(xì)菌，到復(fù)雜的多細(xì)胞生物，生物的繁衍與發(fā)展都依賴其細(xì)胞發(fā)送、接收和處理信號的能力。

在最新研究中，2016年諾貝爾化學(xué)獎得主、荷蘭格羅寧根大學(xué)本·費(fèi)林加教授團(tuán)隊(duì)和瑞士巴塞爾大學(xué)合作，共同合成出了這種由聚合物、生物分子，以及其他納米成分組成的原細(xì)胞系統(tǒng)。

該系統(tǒng)以眼睛視網(wǎng)膜中的信號傳輸為藍(lán)本，由光響應(yīng)原細(xì)胞（發(fā)送者）和接收原細(xì)胞（接收者）組成。發(fā)送者細(xì)胞內(nèi)含納米容器（本質(zhì)上是人造細(xì)胞器），細(xì)胞膜上鑲嵌著作為“分子馬達(dá)”的特殊光敏分子。

研究人員使用光脈沖，成功在兩個原細(xì)胞之間建立了通信：當(dāng)光線照射發(fā)送者細(xì)胞時，光敏分子會打開納米容器，將其內(nèi)部物質(zhì)（物質(zhì)A）釋放到發(fā)送者細(xì)胞內(nèi)部；隨后，物質(zhì)A通過其聚合物外殼上的小孔離開發(fā)送者細(xì)胞，并通過細(xì)胞周圍的液體到達(dá)接收者細(xì)胞；接下來，物質(zhì)A再次通過小孔進(jìn)入接收者細(xì)胞；在那里，物質(zhì)A與包含酶的人造細(xì)胞器相遇。酶迅速將物質(zhì)A轉(zhuǎn)化為熒光信號，向研究人員表明：發(fā)送者細(xì)胞和接收者細(xì)胞之間的信號傳輸已經(jīng)完成。

研究人員解釋說，在真實(shí)的視網(wǎng)膜光感受器內(nèi)，鈣離子能夠抑制刺激物向突觸后細(xì)胞傳遞，從而使眼睛能夠適應(yīng)明亮的光線。在他們制造的原細(xì)胞系統(tǒng)內(nèi)，人造細(xì)胞器也能與鈣離子反應(yīng)，并能抑制物質(zhì)A轉(zhuǎn)化為熒光信號——與真實(shí)情況如出一轍。

研究人員表示，這項(xiàng)研究為模擬更復(fù)雜的活細(xì)胞通信網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，也為在合成細(xì)胞和天然細(xì)胞之間建立通信網(wǎng)絡(luò)帶來了可能，為疾病治療或利用合成細(xì)胞開發(fā)人造身體組織提供了新途徑。