人造細胞領域獲得新突破，科學家成功將整個自然細胞嵌入人造細胞外殼中

每隻細胞都需要一個外殼，不僅如此，細胞內部被脂質分隔成不同獨立空間。

合成生物學家希望開發具化學和物理穩定性的細胞外殼，同時也希望能將更多的自然細胞部分嵌入人造細胞外殼中去。

倫敦帝國理工學院（ Imperial College London ）的研究人員找到了一種方法，可以將整個天然細胞嵌入人工細胞外殼。

其實在 2017 年底，來自德國馬普學會（Max Planck Society）和一些大學的研究人員就開創了人造細胞的里程碑。

他們採用新技術生產了一系列不同類型的脂肪酸，這些脂肪酸能組裝成極像天然細胞膜的微粒，接下來科學家們又向微囊泡中填充天然蛋白質，並將這些蛋白質整合到脂質層內。

要想創建天然細胞模型系統，就必須建立脂質微粒。我們在生物課本上可能見過天然細胞膜，看起來結構很簡單啊，但是這種看起來簡單的結構要想人工重現可就不那麼容易了。

德國馬普學會的這項研究在創建人工細胞膜上下足了功夫，他們使用名為「兩親性聚合物（amphiphilic polymers）」的長鏈有機分子形成液滴。

液滴外層由全氟聚醚（perfluorinated polyether）構成，內層由附著金納米顆粒的水溶性聚乙二醇（polyethylene glycol）構成。

內外層表面活性劑組分差異使液滴得以漂浮在含油介質中，同時還能保持內部的水溶性。

通過微注射系統，研究人員向聚合液滴中注入微小的脂質囊泡。加入鎂離子，可以讓液滴中的小囊泡們打開再合併形成一個獨立的單分子層膜內結構。

實驗表明，這種方法做出的人造細胞膜很穩定，如此一來就可以將天然細胞蛋白嵌入其中。

他們使用專門開發的 picoinjection 注射系統，研究人員能精確地控制注入的蛋白質數量。

這種技術每秒能精準嵌合 1,000 個細胞蛋白（如肌動蛋白和微管蛋白或跨膜整合蛋白）進入微囊泡。

而之前的構建的人造細胞「外殼」僅是些不穩定的無孔脂肪分子，不能載入許多細胞進程分子。

這項研究不僅是代表著人工合成細胞的一大進步，實際上它也提供了一個可用於宿主細胞和病毒相互作用信號分子研究的簡單模型系統。

但是有一點得標明一下，這項研究中，科學家們是向人造細胞膜種注入的細胞蛋白，而非整個細胞。

所以，倫敦帝國理工學院再次獲得突破，他們將整個自然細胞嵌入了人造細胞膜中。

為了更好的將自然細胞融入人造細胞，該團隊利用微流體過程，通過微小通道非常精確地引導液體。

微小通道將含有生物細胞的液體溶液小心地引入油管中，迫使液體變成被脂質殼包圍的液滴。

然後，將含有細胞的液滴滴入表面浮著一層油的水溶液中。液滴便被兩層脂質殼包圍住了。最後，科學家再把液滴嵌入人造細胞壁中。

為了測試這種混合細胞是否能很好的融合合作，該團隊設計了一個實驗。如果兩部分能很好的融合的話，那麼這個人造細胞會產生一種熒光化學物質。

最後科學家成功的驗證了這一點，人造細胞在實驗條件下發出了健康的熒光。

該團隊還把人造細胞放入了富含銅的溶液中，一般來說，天然細胞在這種溶液中是無法存活的。但是科學家發現，這種人造細胞活的相當好，這說明人造細胞外殼很好的保護了內部的天然細胞。

研究人員表示，該技術可以遞送靶向藥物，感測器等等載荷。隨著研究的深入，人造細胞殼可以做的更逼真。

並且這項技術是可以調控的，可以根據應用創建大小和功能不同的人造細胞。

2010 年 5 月 20 日美國科學家向世界宣布的、首例人造生命——完全由人造基因控制的單細胞細菌誕生，並將它命名為「人造兒」。這是地球上首個父母是電腦，卻可以進行自我複製的有機物。

美國 J·克雷格·文特爾（J. Craig Venter）研究所的研究人員在美國《科學》雜誌上報告說，他們人工合成了一種名為蕈狀支原體的細菌的脫氧核糖核酸（DNA），並將其植入另一個內部被掏空的、名為山羊支原體的細菌體內。

經過多次失敗的嘗試後，最終他們使植入人造 DNA 的細菌重新獲得生命，並開始在實驗室的培養皿中繁殖。

這項具有里程碑意義的實驗表明，新的生命體可以在實驗室里「被創造」，而不是一定要通過「進化」來完成。

人造細胞技術可以製造一系列新的微生物，比如可生產生物燃料的細菌、有用的藥品、可以從空氣中吸收二氧化碳和其他污染物的細菌或是製造合成疫苗所需的蛋白質。

去年，北卡羅萊納大學教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的華人學者顧臻教授與其團隊公布了一項新研究的成果。

他們開發出了一種人造細胞，能在血糖水平升高時，自動將胰島素釋放到血液中。這一開創性的研究在線發表在了頂尖學術期刊《自然 · 化學生物學》（《Nature Chemical Biology》）上。

冷凍掃描電鏡下的人造細胞結構

為了實現這一目標，顧臻教授的團隊首先構建了了人造細胞的雙層脂膜，將內部與外部隔絕開來。在這些人造細胞內部，科學家們又注入了一種精心設計的胰島素載體。

當血糖水平上升時，這些載體表面就會發生變化，促使它們與人造細胞的外膜融合，從而釋放胰島素。從原理上看，這與人類的胰島素分泌細胞是何等的接近！

在體外實驗中，該人造細胞對葡萄糖水平的變化有著快速反應。為了進一步評估它的潛力，研究人員們將人造細胞注射入了缺乏胰島 β 細胞，並展現出糖尿病癥狀的小鼠體內。

結果發現，在一個小時內，高血糖的小鼠恢復了正常血糖水平，並能保持長達 5 天。

按計劃，研究人員將把這類人工細胞與無痛遞送藥物的貼片進行結合，開發出全新的給藥方式。

雖然人造細胞研究領域尚在初始階段，並且從面世以來便爭議不斷，但是如果這種技術真的能治療某些疾病，未嘗不是人類的福利呢。

[1]:https://newatlas.com/hybrid-living-artificial-cells/53813/

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