持續穩定五十天的人工細胞膜問世

來源:科技日報 | 2022年05月23日 09:10
科技日報 | 2022年05月23日 09:10
原標題:持續穩定五十天的人工細胞膜問世
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  科技日報北京5月22日電 (記者張夢然)據發表在最新一期《自然·通訊》雜誌上的一項研究,韓國科學技術研究院(KIST)腦科學研究所團隊成功開發出一種可在硅襯底上保持穩定超過50天的人工細胞膜。這是模擬薄膜結構的人工細胞領域取得的新成就,可按需在硅襯底上製造可調諧和可控的3D細胞形狀。

  在自然界中,細胞膜具有獨特的功能,可保護內部免受外部環境的影響,並通過感知外部化學或物理刺激來與外界交流,就像生命中最精確的生物傳感器一樣。細胞膜一方麵包含與水良好混溶的親水部分,另一方麵包含與水不能很好混溶的疏水部分。它像水龍頭一樣打開和關閉離子通道,並將物理化學刺激轉化為電信號,然後將其傳輸到細胞。

  除了在2018年創造了一種持續5天的人造細胞膜外,2019年,KIST團隊還演示了如何將正離子轉移到具有人造細胞膜的結構內部,該人造細胞膜表面附有蛋白,證實了其生物傳感器的應用潛力。

  然而,對於人工細胞膜的生命科學研究和生物傳感器的實際商業化來説,需要至少一個月的耐久性。為了延長人造細胞膜的穩定性限制,KIST研究團隊專注于一種稱為嵌段共聚物(BCP)的材料。

  研究團隊開發了一種技術,在硅基板上定期排列數萬個直徑為8微米的孔,並通過表面處理將特定量的BCP溶液插入每個孔中,然後將其乾燥。通過在微流體通道的上板電極和下硅基板之間施加電場,可調諧地創建肥皂泡形、細長橢圓形或細管形BCP雙層結構。這個過程導致團隊發現了根據溶液濃度和施加的電場頻率維持結構的可能性,也提出了一種可自由控制人造細胞膜大小和形狀的方法。

  通過在三維雙層BCP結構的外部填充具有與人體物質相似的彈性和回彈性特性的多孔水凝膠,團隊最終創造了一種可保持穩定超過50天的人造細胞膜。

  研究人員表示,雖然全球對人工細胞膜的研究一直集中在將二維平面結構放置在硅基板上,但該團隊已成功地將人工細胞膜的穩定期延長了十倍以上。繼首個3D人工細胞膜結構製造技術的開發後,該研究為人造細胞膜的大面積陣列製造提供了一條途徑,預計將進一步發展成為生物功能研究的平臺技術,以確定類似于細胞功能的超靈敏生物傳感器的功能,新藥開發的藥物篩選以及大腦中的神經遞質和激素。

  【總編輯圈點】

  生命的神奇之處常常令我們嘖嘖稱嘆。而作為生物體基本的功能和結構單元,細胞可謂是締造神奇生命的一磚一瓦。它們看似簡單,卻又集精密、靈敏等多種特點于一身,一點都不簡單。別忘了,它們可是生物體在漫長歷史中自然進化而來的“成果”。所以,要想在人工條件下成功模擬這種天然的生物傳感器絕非易事。這就是為啥科學家能研發出持續穩定幾十天的人造細胞膜就已經令人矚目了。

編輯:趙延靈 責任編輯:張恪忞
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