首个可模拟主动运输的「人造细胞」问世，小于单个红细胞，或可用于药物递送

“人造细胞”已不是什么新鲜事，早在2010年，来自 JCVI 的研究人员，在著名生物学家 Craig Venter、Hamilton Smith 以及 Clyde Hutchison 博士的带领下，就成功创造出人类历史上首个人工合成细胞，包含473个基因。今年3月， Craig Venter 再次取得重要突破，成功创造出可正常生长分裂的人造细胞。

要想从头构建一个活细胞，必须满足三点：首先是稳定的细胞膜和微环境；其次，细胞的自我复制能力及动态的遗传调控；最后，要有足以支撑细胞生命活动的细胞骨架。长期以来，科学家主要专注于细胞的遗传信息领域，在细胞膜和细胞骨架领域，却鲜有突破，尤其细胞膜领域，几乎毫无进展。

近日，在学术期刊 Nature 上刊登了一篇由纽约大学化学系 Stefano Sacanna 教授带领的研究团队与芝加哥大学物理系 William T. M. Irvine 教授合力完成的论文，题为：Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics ，该研究利用人工合成材料，成功创造了一种具有主动运输能力的模拟细胞。

活细胞的一个基本功能是它们能够从环境中获取能量，可以将分子泵入或泵出其系统。当使用能量将分子从较低浓度的区域移动到较高浓度的区域时，该过程称为主动运输。主动运输使细胞能够吸收必要的分子，如葡萄糖或氨基酸，储存能量，并排出细胞不需要的废物。

为了设计模拟细胞，研究人员使用聚合物制作了一个红细胞大小的球形膜，这是细胞膜的替代品，控制进出细胞的物质。这些人造细胞是使用最少的成分制造的，没有从生物学中借用任何材料。他们在球形膜上钻了一个微孔，形成了一个纳米通道，通过它可以交换物质，模拟细胞的蛋白质通道。

但是为了执行主动运输的任务，模拟细胞需要一种机制来为细胞样结构提供动力以吸入和排出物质。在活细胞中，线粒体和 ATP 会为主动运输提供必要的能量。在模拟细胞中，研究人员在纳米通道内添加了一种化学反应成分（一种固体光催化剂），当被光激活时，它会起到“泵”的作用。当光照射到“泵”上时，它会引发化学反应，在纳米通道内形成一个微小的真空环境并将周围物质吸入膜中。当“泵”关闭时，吸入的物质被困在模拟细胞内并进行处理。当化学反应发生逆转时，物质会按需排出。

图|具有主动运输能力的“人造细胞”，膜厚度仅有 2 um（来源：NYU）