近日，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的科研團(tuán)隊(duì)取得一項(xiàng)突破性進(jìn)展：他們利用非生物化學(xué)物質(zhì)構(gòu)建出具有完整代謝循環(huán)的合成膜系統(tǒng)，這一成果不僅為探索生命起源提供了新視角，更為生物技術(shù)領(lǐng)域的細(xì)胞存儲(chǔ)、人工細(xì)胞應(yīng)用等方向開(kāi)辟了新路徑。

合成膜系統(tǒng)：重現(xiàn)細(xì)胞代謝的“人工細(xì)胞”

在生命體中，細(xì)胞膜絕非簡(jiǎn)單的防護(hù)屏障，它兼具環(huán)境感知、物質(zhì)運(yùn)輸、動(dòng)態(tài)適應(yīng)等多重功能。這種被稱(chēng)為“膜可塑性”的特性，依賴(lài)于能量驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)——也就是代謝過(guò)程，細(xì)胞通過(guò)分解與重建分子維持自身活性。

數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家們一直致力于構(gòu)建能模擬天然細(xì)胞膜功能的合成結(jié)構(gòu)，卻始終難以突破“代謝”這一關(guān)鍵瓶頸。此前的人工膜雖能形成類(lèi)似細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，卻因缺乏合成與分解的循環(huán)過(guò)程，淪為“無(wú)生命的空殼”。

而此次加州大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的突破。研究團(tuán)隊(duì)以尼爾?德瓦拉杰為核心，構(gòu)建出一套非生物脂質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)：他們不依賴(lài)生物酶，而是通過(guò)非生物化學(xué)物質(zhì)激活脂肪酸，這些激活后的脂肪酸與溶血磷脂結(jié)合形成磷脂分子，進(jìn)而自組裝成類(lèi)似天然細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。

更關(guān)鍵的是，這套系統(tǒng)并非止步于膜的形成。隨著時(shí)間推移，磷脂會(huì)分解為初始成分，補(bǔ)充化學(xué)“燃料”后，整個(gè)過(guò)程又能重復(fù)進(jìn)行——這種合成與分解的循環(huán)，完美模擬了活細(xì)胞的代謝過(guò)程。

為驅(qū)動(dòng)這一循環(huán)，研究人員采用了一種名為NHS酯的化合物。它能將兩條脂質(zhì)鏈連接起來(lái)，但設(shè)計(jì)上具有不穩(wěn)定性：在水中會(huì)發(fā)生水解，使連接逐漸斷裂；而添加新的激活劑后，化學(xué)鍵又能重新形成，從而完成代謝循環(huán)，讓人工膜具備了類(lèi)似活細(xì)胞的適應(yīng)與變化能力。

技術(shù)啟示：從生命起源到生物技術(shù)應(yīng)用

這項(xiàng)研究的價(jià)值遠(yuǎn)超合成膜本身。從基礎(chǔ)科學(xué)角度，它為探索生命起源提供了新線索——早期地球可能正是通過(guò)類(lèi)似的非生物化學(xué)反應(yīng)，逐步形成了具有代謝能力的原始膜結(jié)構(gòu)，為生命誕生奠定基礎(chǔ)。

在應(yīng)用層面，其意義更為深遠(yuǎn)。例如在藥物遞送領(lǐng)域，具備代謝能力的合成膜可根據(jù)環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)釋放藥物；在biosensors領(lǐng)域，這種動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性能提升檢測(cè)靈敏度。

而對(duì)于細(xì)胞存儲(chǔ)領(lǐng)域而言，這一成果同樣帶來(lái)重要啟發(fā)。目前，細(xì)胞存儲(chǔ)液氮罐作為生物樣本長(zhǎng)期保存的核心設(shè)備，其設(shè)計(jì)核心在于通過(guò)-196℃超低溫環(huán)境抑制細(xì)胞代謝，維持樣本活性。而合成膜的代謝循環(huán)研究，或?qū)⑼苿?dòng)細(xì)胞存儲(chǔ)技術(shù)向“動(dòng)態(tài)調(diào)控”升級(jí)——未來(lái)或許能結(jié)合液相液氮罐的深低溫特性，在存儲(chǔ)過(guò)程中通過(guò)特定化學(xué)信號(hào)微調(diào)代謝狀態(tài)，進(jìn)一步提升細(xì)胞復(fù)蘇存活率。

同時(shí)，液氮存儲(chǔ)系統(tǒng)也能為合成細(xì)胞研究提供穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。例如，通過(guò)保存不同階段的合成膜樣本，可精準(zhǔn)追蹤其代謝循環(huán)的長(zhǎng)期變化，為優(yōu)化人工細(xì)胞結(jié)構(gòu)提供數(shù)據(jù)支持。

未來(lái)展望：跨領(lǐng)域融合的技術(shù)潛力

隨著合成生物學(xué)與低溫存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，合成膜的代謝循環(huán)系統(tǒng)與細(xì)胞存儲(chǔ)液氮罐的結(jié)合，可能催生出更多創(chuàng)新應(yīng)用。比如在細(xì)胞治療領(lǐng)域，可利用合成膜包裹治療細(xì)胞，通過(guò)液氮長(zhǎng)期凍存，復(fù)蘇時(shí)再通過(guò)代謝調(diào)控激活其功能，提升治療效果。

這項(xiàng)研究證明，即使是最基礎(chǔ)的生命過(guò)程，也能通過(guò)人工手段重現(xiàn)。而當(dāng)這種“人工代謝”能力與細(xì)胞存儲(chǔ)液氮罐等成熟技術(shù)結(jié)合，或?qū)樯锛夹g(shù)行業(yè)帶來(lái)前所未有的突破，推動(dòng)醫(yī)療、生物研究等領(lǐng)域邁向新高度。

來(lái)源：thebrighterside.news