不同于我們體內(nèi)堅硬的骨架，單個細胞內(nèi)的骨架——細胞骨架——是可變的，甚至是流體。當(dāng)這些細胞骨架自我重組時，它們不僅僅支持不同的細胞形狀。它們允許不同的功能。
因此，制造人造細胞的科學(xué)家希望制造出像天然細胞骨架一樣的合成細胞骨架也就不足為奇了。合成細胞骨架能夠支持細胞形狀和功能的動態(tài)變化，可以促進新型藥物輸送系統(tǒng)、診斷工具和再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用的發(fā)展。
合成細胞骨架包含了聚合物、小分子、碳納米管、肽和DNA納米絲等構(gòu)建塊。主要是DNA納米絲。盡管它們提供了可編程性，但很難進行微調(diào)。為了解決這個難題，北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的科學(xué)家們在Ronit Freeman博士的帶領(lǐng)下，研究了肽提供的相對未被探索的可能性。具體來說，科學(xué)家們使用可編程肽-DNA納米技術(shù)方法設(shè)計了人造細胞。
最近，《Nature Chemistry》雜志發(fā)表了一篇題為《設(shè)計肽-DNA細胞骨架調(diào)節(jié)合成細胞的功能》的文章，詳細介紹了這一過程。文章強調(diào)，自下而上的人工細胞工程需要一個“可重構(gòu)的細胞骨架，它可以在不同的位置組織，并動態(tài)調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)和機械性能。”根據(jù)這篇文章，肽-DNA方法代表了動態(tài)可重構(gòu)人工細胞自下而上組裝的進展。
“受到肌動蛋白結(jié)合蛋白的啟發(fā)，我們合理地設(shè)計了具有不同序列、長度、價和幾何形狀的肽-DNA交聯(lián)劑，”文章作者寫道。“我們在這里展示了通過DNA雜交連接的絲狀肽如何形成具有可調(diào)長寬比和力學(xué)的線狀束和網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)被限制在細胞大小的油包水液滴中時，根據(jù)交聯(lián)劑的屬性，不同的結(jié)構(gòu)被驅(qū)動到皮層或管腔的空間定位，并且捆綁的程度調(diào)整了液滴內(nèi)有效載荷的流動性，從水樣到受阻。最后，我們展示了不同的交聯(lián)劑如何協(xié)調(diào)脂質(zhì)包裹液滴的細胞形狀變化。”
從本質(zhì)上講，F(xiàn)reeman實驗室創(chuàng)造了具有功能性細胞骨架的細胞，這些細胞骨架可以改變形狀并對周圍環(huán)境做出反應(yīng)?？茖W(xué)家們沒有使用天然蛋白質(zhì)。相反，他們使用了一種新技術(shù)，該技術(shù)可以引導(dǎo)肽和重新定位的遺傳物質(zhì)一起工作，形成功能性的細胞骨架，這些細胞骨架可以改變形狀并對周圍環(huán)境做出反應(yīng)。
“DNA通常不會出現(xiàn)在細胞骨架中，”Freeman指出。“我們重新編程了DNA序列，使其作為一種建筑材料，將肽結(jié)合在一起。一旦將這種編程材料放入水滴中，結(jié)構(gòu)就成形了。”
以這種方式編程DNA的能力意味著科學(xué)家可以創(chuàng)造出具有特定功能的細胞，甚至可以微調(diào)細胞對外部壓力的反應(yīng)。雖然活細胞比Freeman實驗室創(chuàng)造的合成細胞更復(fù)雜，但它們也更不可預(yù)測，更容易受到惡劣環(huán)境的影響，比如高溫。
Freeman說:“即使在122華氏度的溫度下，合成細胞也很穩(wěn)定，這為在通常不適合人類生活的環(huán)境中制造具有非凡能力的細胞提供了可能。”
Freeman的材料不是為了耐用而制造的，而是為了執(zhí)行特定的功能，然后修改自己以達到新的功能。它們的應(yīng)用可以通過添加不同的肽或DNA設(shè)計來定制，以編程織物或組織等材料中的細胞。這些新材料可以與其他合成細胞技術(shù)相結(jié)合，所有這些技術(shù)都有可能在生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的應(yīng)用。
Freeman說:“這項研究幫助我們理解了生命的起源。這種合成細胞技術(shù)不僅能讓我們復(fù)制大自然的功能，還能制造出超越生物學(xué)的材料。”
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-4） | 
