人工模拟细胞具有活细胞的基本功能

美国纽约大学和芝加哥大学的研究人员开发了一种人工细胞结构，它可以利用无机物自主吸收、加工和排出物质，并复制活细胞的基本功能。这项研究为创造“模拟细胞”提供了蓝图，其潜在应用包括药物输送和环境科学。相关论文于8日发表于《自然》杂志。

活细胞的基本功能之一是它们可以从环境中获得能量，并将分子吸入和排出自己的系统。当系统利用能量将这些分子从低浓度区移动到高浓度区时，这个过程称为主动输运。

几十年来，研究人员一直试图创造能够模拟生物细胞特征和行为的人工细胞。然而，这些细胞模拟物通常缺乏执行复杂细胞过程(如主动运输)的能力。

这一次，研究人员开发了一种新的完全合成的模拟细胞。当它被放置在不同粒子的混合物中时，模拟细胞可以自主捕获、浓缩、储存和运输微小粒子，并执行主动运输任务。

为了设计模拟细胞，研究人员使用聚合物创造了一个红细胞大小的球形膜，用于控制进出细胞的物质。他们在球形膜上钻了一个纳米孔，创造了一个模仿细胞蛋白质的物质交换通道。

为了执行主动运输任务，模拟细胞需要一种机制来为自己提供吸入和排出物质的动力。在活细胞中，线粒体和三磷酸腺苷(ATP)为主动运输提供必要的能量。在模拟细胞中，研究人员在纳米通道中加入了化学反应成分，当被光激活时，纳米通道就像一个泵。当光照射在泵上时，它会引发化学反应，这将使泵变成微小的真空，并将颗粒吸入膜中。当泵关闭时，粒子被捕获在模拟细胞中并被处理。当化学反应逆转时，粒子将根据需要被推出。

纽约大学化学副教授、该研究的主要作者Stefano Sacana表示，这种细胞结构设计的核心是在细胞内部提供动力的活性元素与细胞壁之间的协同作用，使模拟细胞能够吸收、处理和排出物质。

研究人员在不同的环境中对模拟细胞进行了测试，发现它们不仅能摄取周围水中的颗粒或杂质，还能吞咽大肠杆菌并将其捕获在膜中，这表明它们有潜力用于去除水中的微小污染物，并可能为对抗体内细菌提供一种新的方法。

在未来，这些模拟细胞也可以用于药物输送，因为它们可以在激活时释放预载物质。

研究人员正在继续开发和研究模拟细胞，包括构建可以执行不同任务的细胞，以及学习不同类型的细胞如何相互交流。

活细胞实际上是一个里程碑式的实验。这可能表明，生物可以在实验室中“创造”，而不是“进化”。然而，一旦这项研究向“创造生命”靠拢，就会引发人们的老争论：人类能否在实验室中扮演上帝的角色？本文的研究结果只是人工细胞样结构，主要用于复制一些活细胞的基本功能。它未来的前景应该是为人体内的药物输送服务，如果可能的话，它还将帮助科学家创造一个更深层次的为医学服务的活细胞。