北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员创造了像活细胞一样的人造细胞

在《自然化学》杂志上发表的一项新研究中，北卡罗来纳大学教堂山分校的研究员Ronit Freeman和她的同事描述了他们操纵 DNA 和蛋白质(生命的基本组成部分)所采取的步骤，以创造出看起来和行为都像体内细胞的细胞。这一成就是该领域的首创，对再生医学、药物输送系统和诊断工具的研究具有重要意义。

“有了这一发现，我们可以想到可以对环境变化敏感并以动态方式表现的工程织物或组织，”弗里曼说，他的实验室位于北卡罗来纳大学艺术与科学学院应用物理科学系。

细胞和组织由蛋白质组成，这些蛋白质结合在一起执行任务并形成结构。蛋白质对于形成细胞框架(称为细胞骨架)至关重要。没有它，细胞就无法发挥作用。细胞骨架使细胞具有灵活性，无论是形状还是对环境的反应。

弗里曼实验室在不使用天然蛋白质的情况下，构建了具有功能性细胞骨架的细胞，这些细胞骨架可以改变形状并对周围环境做出反应。为此，他们使用了一种新的可编程肽-DNA 技术，该技术可引导肽(蛋白质的组成部分)和重新利用的遗传物质共同作用，形成细胞骨架。

“DNA 通常不会出现在细胞骨架中，”弗里曼说。 “我们重新编程了 DNA 序列，使其充当建筑材料，将肽结合在一起。一旦将这种编程材料放入一滴水中，结构就成型了。”

以这种方式对 DNA 进行编程的能力意味着科学家可以创造出具有特定功能的细胞，甚至可以微调细胞对外部压力源的反应。虽然活细胞比弗里曼实验室创造的合成细胞更复杂，但它们也更难以预测，更容易受到恶劣环境的影响，比如严酷的温度。

弗里曼说：“合成细胞即使在 122 华氏度的温度下也能保持稳定，这为在通常不适合人类生存的环境中制造具有非凡能力的细胞提供了可能性。”

弗里曼表示，他们的材料不是为了创造持久的材料，而是为了任务而设计——执行特定的功能，然后自我修改以提供新的功能。它们的应用可以通过添加不同的肽或 DNA 设计来对织物或组织等材料中的细胞进行编程来定制。这些新材料可以与其他合成细胞技术相结合，所有这些技术都具有可能彻底改变生物技术和医学等领域的潜在应用。

“这项研究有助于我们了解生命的起源，”弗里曼说。“这种合成细胞技术不仅能让我们重现自然界的现象，还能制造出超越生物学的材料。”

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