不同于我們體內堅硬的骨架，單個細胞內的骨架——細胞骨架——是可變的，甚至是流體。當這些細胞骨架自我重組時，它們不僅僅支持不同的細胞形狀。它們允許不同的功能。

因此，制造人造細胞的科學家希望制造出像天然細胞骨架一樣的合成細胞骨架也就不足為奇了。合成細胞骨架能夠支持細胞形狀和功能的動態變化，可以促進新型藥物輸送系統、診斷工具和再生醫學應用的發展。

合成細胞骨架包含了聚合物、小分子、碳納米管、肽和DNA納米絲等構建塊。主要是DNA納米絲。盡管它們提供了可編程性，但很難進行微調。為了解決這個難題，北卡羅來納大學教堂山分校的科學家們在Ronit Freeman博士的帶領下，研究了肽提供的相對未被探索的可能性。具體來說，科學家們使用可編程肽-DNA納米技術方法設計了人造細胞。

最近，《Nature Chemistry》雜志發表了一篇題為《設計肽-DNA細胞骨架調節合成細胞的功能》的文章，詳細介紹了這一過程。文章強調，自下而上的人工細胞工程需要一個“可重構的細胞骨架，它可以在不同的位置組織，并動態調節其結構和機械性能。”根據這篇文章，肽-DNA方法代表了動態可重構人工細胞自下而上組裝的進展。

“受到肌動蛋白結合蛋白的啟發，我們合理地設計了具有不同序列、長度、價和幾何形狀的肽-DNA交聯劑，”文章作者寫道。“我們在這里展示了通過DNA雜交連接的絲狀肽如何形成具有可調長寬比和力學的線狀束和網絡。當被限制在細胞大小的油包水液滴中時，根據交聯劑的屬性，不同的結構被驅動到皮層或管腔的空間定位，并且捆綁的程度調整了液滴內有效載荷的流動性，從水樣到受阻。最后，我們展示了不同的交聯劑如何協調脂質包裹液滴的細胞形狀變化。”

從本質上講，Freeman實驗室創造了具有功能性細胞骨架的細胞，這些細胞骨架可以改變形狀并對周圍環境做出反應?？茖W家們沒有使用天然蛋白質。相反，他們使用了一種新技術，該技術可以引導肽和重新定位的遺傳物質一起工作，形成功能性的細胞骨架，這些細胞骨架可以改變形狀并對周圍環境做出反應。

“DNA通常不會出現在細胞骨架中，”Freeman指出。“我們重新編程了DNA序列，使其作為一種建筑材料，將肽結合在一起。一旦將這種編程材料放入水滴中，結構就成形了。”

以這種方式編程DNA的能力意味著科學家可以創造出具有特定功能的細胞，甚至可以微調細胞對外部壓力的反應。雖然活細胞比Freeman實驗室創造的合成細胞更復雜，但它們也更不可預測，更容易受到惡劣環境的影響，比如高溫。

Freeman說:“即使在122華氏度的溫度下，合成細胞也很穩定，這為在通常不適合人類生活的環境中制造具有非凡能力的細胞提供了可能。”

Freeman的材料不是為了耐用而制造的，而是為了執行特定的功能，然后修改自己以達到新的功能。它們的應用可以通過添加不同的肽或DNA設計來定制，以編程織物或組織等材料中的細胞。這些新材料可以與其他合成細胞技術相結合，所有這些技術都有可能在生物技術和醫學等領域產生革命性的應用。

Freeman說:“這項研究幫助我們理解了生命的起源。這種合成細胞技術不僅能讓我們復制大自然的功能，還能制造出超越生物學的材料。”


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-4）