此前已有研究人员开发出一种人造细胞样结构，能够利用无机物自主摄取、加工和排出物质——重建活细胞的基本功能。
他们发表在Nature杂志上的文章为创造“人造细胞”提供了蓝图，其潜在应用范围从药物递送到环境科学。
活细胞的一个基本功能是它们能够从环境中获取能量，将分子泵入和泵出其系统。当能量用于将这些分子从浓度较低的区域移动到浓度较高的区域时，这个过程称为活性运输。活性运输使细胞能够接收葡萄糖或氨基酸等必要的分子，储存能量和提取废物。
几十年来，研究人员一直在努力创造仿效生物细胞特征和行为的人造细胞-工程化微观结构。但这些细胞模仿往往缺乏执行复杂的细胞过程的能力，如主动传输。
来自纽约大学和芝加哥大学的研究人员发明了一种新的全合成人造细胞，它离复制活细胞的功能又近了一步。当以不同粒子的混合物进行部署时，细胞模拟可以通过自主捕获、集中、存储和交付微观货物来执行主动运输任务。该研究结果发表在9月8日的Nature杂志上，具有应用于医学、污染清理或机器人技术的潜力。
为了设计该人造细胞，研究人员使用聚合物制作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，为了执行主动传输所需的任务，这种人造细胞需要一种机制来为类似细胞的结构提供动力，以拉入和排出物质。在活细胞中，线粒体和ATP为主动运输提供必要的能量，在人造细胞中，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物质拉入膜中。当泵关闭时，物质被困在模拟细胞内并进行处理。当化学反应发生逆转时，物质会按需推出。
纽约大学化学副教授、该研究的主要作者Stefano Sacanna说：“我们的设计理念使这些人造细胞能够自主运行，并执行迄今为止局限于活细胞领域的主动运输任务。这种细胞状结构设计的核心是内部动力和细胞壁施加的物理约束之间的协同作用，允许它们摄入、处理和排出物质。”
研究人员在不同环境中测试了此人造细胞。在一项实验中，他们将人造细胞悬浮在水中，用光激活它们，并观察它们从周围的水中摄取颗粒或杂质，这说明了从水中清除微小污染物的潜在应用。
Sacanna说：”想象一下人造细胞模拟吃豆人游戏——它们到处吃污染物，并把它们从环境中清除出去。”
在另一项实验中，他们证明了这种人造细胞可以吞下大肠杆菌，并将它们困在细胞膜内，这可能为对抗体内细菌提供了一种新方法。人造细胞技术的另一个未来应用可能是药物传递，因为它们在激活时可以释放预载物质。
研究人员正在继续开发和研究细胞模拟，包括构建执行不同任务的细胞，并学习不同类型的细胞如何相互交流。
来源：医麦客
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