人造细胞操控术：肽-DNA细胞骨架引领细胞功能调控

人工细胞，又称人造细胞或合成细胞，是一种以生物工程学制造并模彷大自然中正常的生物细胞功能。通常，人造细胞是一种生物膜或聚合物膜，并包含生物活性材料。因此，脂质体、聚合物囊泡、纳米颗粒、微胶囊和许多其他颗粒都可以用作制造人造细胞。

图片（上图：肽-DNA灯丝，宛如精巧的建筑材料，通过可编程的互补DNA相互连接，构建起仿生细胞骨架（中），重现了肌动蛋白（左）及其相关蛋白的结构和功能。在细胞大小的有限空间内，可调控的肽-DNA细胞骨架组织（右），赋予了人工细胞全新的功能和特性。图源：Daly, M.L., Nishi, K., Klawa, S.J. et al. ）

目前，人工细胞的研究还处于早期阶段，但它这几年已经取得了一些令人瞩目的进展。近日，“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，美国加州大学洛杉矶分校的研究人员于2024年4月23日在《自然化学》期刊上发表了一篇论文，描述了一种利用肽-DNA复合物构建人工细胞骨架的新方法。这项研究为构建功能完善的人工细胞提供了强大平台。

细胞骨架是细胞内部的重要支架结构，由一系列动态聚合物组成，在细胞分裂、运动和形态形成等关键过程中发挥着重要作用。天然细胞的细胞骨架结构复杂，具有可重构性，能够在不同位置组装并动态调节自身的结构和力学性能。科学家们一直致力于构建人工细胞骨架，以期实现人工细胞的构建。

肽是一种尚未被充分利用但前景广阔的人工细胞骨架构建材料。研究人员已经广泛研究了通过合理设计肽使其在大体溶液中自组装成各种结构的可行性。然而，只有极少数基于肽的系统能够在细胞模拟限制环境下实现。

本研究将肽自组装与DNA可编程性结合起来，在液滴中实现了人工细胞骨架的构建。研究人员受肌动蛋白结合蛋白的启发，设计了序列、长度、价数和几何形状各异的肽-DNA交联剂。通过DNA杂交连接的丝状肽可以形成具有可调纵横比和力学的类球体形束和网络。

当这些结构被限制在细胞大小的水包油液滴中时，不同的交联剂会驱动结构在细胞皮层或腔内进行空间定位，并且成束程度会调节液滴内部有效载荷的流动性，使其从水样流动性变为停滞状态。最后，研究人员展示了不同的交联剂如何协调脂质包裹液滴的细胞形状变化。

该研究成功构建了具有可调性细胞骨架的人工细胞，为研究细胞生物学和工程学提供了新的工具。科学家们通过使用自组装肽和DNA链组装了合成细胞骨架，并能够控制其结构、力学性能和响应性。这使得他们能够模拟天然细胞骨架的各种特征和功能。

这项研究为构建功能完善的人工细胞提供了强大平台。可编程的肽-DNA纳米技术方法可以用于构建具有不同功能和形态的人工细胞，从而帮助我们更好地理解细胞的生物学功能和开发新的生物医学应用。研究成果有望在未来应用于药物发现、再生医学和生物材料等领域。

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编译 | 王芊佳
编辑 | Maggie
排版 | 绿叶

参考资料略