人造细胞的作用更像真实的细胞

大学公园,爸爸。-原始细胞-人工细胞-是活跃的和模拟活细胞的独立运动，是生物相容性和酶活性现在可能使用改进的方法由宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发。

活细胞很难在实验室中培养，因此研究人员有时会使用合成细胞，但这些细胞缺乏真正的细胞特征，因此在研究中存在局限性。

“细胞研究的挑战之一是它有时很难运行控制实验 细胞的活性,特别是由于表面酶活性,“说Darrell Velegol化学工程特聘教授。“研究小组开发了一种制造人造细胞的简单方法，这种人造细胞不会做普通细胞所做的所有事情，比如繁殖、基因突变或类似的事情，但它会主动移动。”这很重要，因为人们对细胞如何运动知之甚少，尤其是酶的活动如何影响细胞运动。”

该团队的原始细胞被用来研究像atp酶这样的天然酶的活性是如何推动原始细胞的活动的。ATP酶的生化过程包括ATP(三磷酸腺苷)转化为产物ADP(二磷酸腺苷)。ATP是一种复杂的有机化学物质，为活细胞提供能量，而ADP是一种有机化合物，在细胞释放和储存能量的过程中起着重要作用。

化学博士后研究人员Subhadip Ghosh说:“在过去的十年里，类似的实验都是把酶整合到叫做聚合囊泡的微米大小的袋子里，或者拴在硬粒子的表面。”“但这些尝试与我们的原始细胞没有明显的生物学相似性。”

在研究小组的实验中，这些原始细胞实际上是由一种叫做磷脂酰胆碱的天然脂质组成的人工膜。atp酶直接与膜结合。

“我们的研究结果基本上为其他研究人员制造具有酶活性的人造细胞提供了第一步，”高希说。

发表在《纳米快报》(Nano Letters)杂志上的这项研究的一个意想不到的结果发生在单分子扩散实验期间。正如预期的那样，由于ATP浓度较低，原细胞的运动速度较慢。

“相当令人惊讶的是，在高浓度的ATP作用下，原始细胞的运动明显下降，”阿尤斯曼·森(Ayusman Sen)说，他是宾夕法尼亚州立大学(Penn State)维尔纳·m·威拉曼(Verne M. Willaman)的化学教授。

根据研究人员的说法，这就像踩下汽车的油门踏板，让汽车减速一样违反直觉。通过综合对照实验，研究人员得出结论，当ADP浓度较高时，可能与ATP酶结合，抑制底物ATP活性，导致运动能力降低。

具有制造具有酶活性的原细胞的能力开启了新的机会。有了这些运动活细胞的模拟物，研究人员的目标是揭示支配主动膜动力学和细胞运动的基本机制。 鉴于目前有限的理解细胞如何移动,包括酶作用如何发挥细胞运动,研究团队成员相信他们的工作可以为未来的医学研究产生重大影响。

“一个关键的挑战是估计驱动原细胞运动的机械力，并发现在这个过程中酶结构的变化，”化学工程的研究助理Farzad Mohajerani说。“了解原细胞运动的结构-功能关系将使其设计具有潜在的体内应用，如医学传感和实验室分析。”

除了Ghosh、Mohajerani、Velegol和Sen，其他参与研究的宾州州立大学研究人员还包括工程学院负责教育和研究生专业项目的副院长兼生物医学工程教授Peter Butler，以及生物医学工程博士后研究员Seoyoung Son。

国家科学基金会化学创新中心支持这项研究。