據(jù)發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上的一項(xiàng)研究，韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)腦科學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種可在硅襯底上保持穩(wěn)定超過50天的人工細(xì)胞膜。這是模擬薄膜結(jié)構(gòu)的人工細(xì)胞領(lǐng)域取得的新成就，可按需在硅襯底上制造可調(diào)諧和可控的3D細(xì)胞形狀。

在自然界中，細(xì)胞膜具有獨(dú)特的功能，可保護(hù)內(nèi)部免受外部環(huán)境的影響，并通過感知外部化學(xué)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(xì)胞膜一方面包含與水良好混溶的親水部分，另一方面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(guān)閉離子通道，并將物理化學(xué)刺激轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后將其傳輸?shù)郊?xì)胞。

除了在2018年創(chuàng)造了一種持續(xù)5天的人造細(xì)胞膜外，2019年，KIST團(tuán)隊(duì)還演示了如何將正離子轉(zhuǎn)移到具有人造細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，該人造細(xì)胞膜表面附有蛋白，證實(shí)了其生物傳感器的應(yīng)用潛力。

然而，對(duì)于人工細(xì)胞膜的生命科學(xué)研究和生物傳感器的實(shí)際商業(yè)化來說，需要至少一個(gè)月的耐久性。為了延長人造細(xì)胞膜的穩(wěn)定性限制，KIST研究團(tuán)隊(duì)專注于一種稱為嵌段共聚物(BCP)的材料。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種技術(shù)，在硅基板上定期排列數(shù)萬個(gè)直徑為8微米的孔，并通過表面處理將特定量的BCP溶液插入每個(gè)孔中，然后將其干燥。通過在微流體通道的上板電極和下硅基板之間施加電場(chǎng)，可調(diào)諧地創(chuàng)建肥皂泡形、細(xì)長橢圓形或細(xì)管形BCP雙層結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程導(dǎo)致團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了根據(jù)溶液濃度和施加的電場(chǎng)頻率維持結(jié)構(gòu)的可能性，也提出了一種可自由控制人造細(xì)胞膜大小和形狀的方法。

通過在三維雙層BCP結(jié)構(gòu)的外部填充具有與人體物質(zhì)相似的彈性和回彈性特性的多孔水凝膠，團(tuán)隊(duì)最終創(chuàng)造了一種可保持穩(wěn)定超過50天的人造細(xì)胞膜。

研究人員表示，雖然全球?qū)θ斯ぜ?xì)胞膜的研究一直集中在將二維平面結(jié)構(gòu)放置在硅基板上，但該團(tuán)隊(duì)已成功地將人工細(xì)胞膜的穩(wěn)定期延長了十倍以上。繼首個(gè)3D人工細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的開發(fā)后，該研究為人造細(xì)胞膜的大面積陣列制造提供了一條途徑，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步發(fā)展成為生物功能研究的平臺(tái)技術(shù)，以確定類似于細(xì)胞功能的超靈敏生物傳感器的功能，新藥開發(fā)的藥物篩選以及大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)和激素。

【總編輯圈點(diǎn)】

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(jié)構(gòu)單元，細(xì)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(diǎn)于一身，一點(diǎn)都不簡單。別忘了，它們可是生物體在漫長歷史中自然進(jìn)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(xué)家能研發(fā)出持續(xù)穩(wěn)定幾十天的人造細(xì)胞膜就已經(jīng)令人矚目了。