細(xì)胞的合成代謝需要消耗足夠的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH），而這些關(guān)鍵因子在病理條件下往往不足。在生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的前沿探索中，一個巨大的挑戰(zhàn)就是如何向退行性變及損傷細(xì)胞輸送能夠起效的ATP和NADPH。植物細(xì)胞通過光合作用利用光照實現(xiàn)ATP和NADPH的自主合成，為植物生命活動提供所需的能量和物質(zhì)。這種已在地球進(jìn)行了十多億年的能量轉(zhuǎn)換的方式，吸引越來越多的科學(xué)家對光合反應(yīng)的應(yīng)用研究產(chǎn)生了濃厚興趣。那么是否可以利用光合作用來調(diào)節(jié)動物細(xì)胞內(nèi)ATP和NADPH含量及濃度，以糾正病理狀態(tài)下細(xì)胞的能量合成或代謝障礙呢？

近日，來自我國浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊在《Nature》雜志上發(fā)表題為“A plant-derived natural photosyntheticsystem for improving cell anabolism”的研究論文。研究團(tuán)隊提取并純化了菠菜葉綠體中的類囊體，并通過超聲和擠壓方式獲得了新型的納米類囊體單元(Nanothylakoid units, NTUs)。NTUs保留了類囊體膜上進(jìn)行光合作用所需的蛋白質(zhì)，使其在體外具有類似于類囊體的獨立光合功能，并能夠在光照下有效合成ATP和NADPH。為實現(xiàn)NTUs的跨物種應(yīng)用，研究團(tuán)隊采用細(xì)胞膜偽裝包封的方式給動物細(xì)胞移植了NTUs，利用細(xì)胞膜的同型靶向作用避免免疫排斥。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，接受移植NTUs后的動物細(xì)胞可以在光控下精準(zhǔn)產(chǎn)生ATP和NADPH，增強(qiáng)了動物細(xì)胞的能量合成代謝。為進(jìn)行概念性驗證，研究團(tuán)隊選擇了一種常見的衰老退行性疾病——骨關(guān)節(jié)炎作為疾病模型，利用軟骨細(xì)胞膜對NTUs進(jìn)行偽裝包封，通過給予特定強(qiáng)度的光照刺激，提高了退變軟骨細(xì)胞內(nèi)的ATP和NADPH水平，從而增強(qiáng)了軟骨細(xì)胞的能量合成代謝，有利于軟骨再生，為退行性骨關(guān)節(jié)炎疾病的治療提供了新思路。

綜上，該研究展示了將天然植物來源的類囊體跨物種移植到哺乳動物細(xì)胞的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并且賦予天然光合作用新的改造模式，這一創(chuàng)新性技術(shù)有望在醫(yī)學(xué)、能源、材料等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y

注：此研究成果摘自《Nature》雜志，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點和立場，僅供參考。