科技日報杭州12月8日電 （洪恒飛 李文芳 葉筱筠 記者江耘）人類借助光合作用修復(fù)身體機能，不再只是夢想。8日，學(xué)術(shù)期刊《自然》刊登了浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院骨科林賢豐醫(yī)師、范順武教授團隊與浙大化學(xué)系唐睿康教授團隊的最新成果——在國際上首次實現(xiàn)將植物的類囊體跨物種遞送到動物體衰老病變的細胞內(nèi)，讓動物細胞擁有植物光合作用的能量，并在退行性骨關(guān)節(jié)炎疾病的治療中應(yīng)用，重塑了軟骨細胞的合成代謝。
動物細胞能量不足是組織衰老和退行性疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵原因，三磷酸腺苷（ATP）和還原型輔酶Ⅱ（NADPH）則是細胞再生修復(fù)不可或缺的能量貨幣和物質(zhì)貨幣。然而，向退變細胞提供直接能量和物質(zhì)是一大科學(xué)難題。
(資料圖)
以骨關(guān)節(jié)炎為例，這一病癥在臨床上致畸致殘的主要原因，正是由于軟骨細胞的能量代謝失衡，三磷酸腺苷、還原型輔酶Ⅱ耗竭而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨破壞。目前骨關(guān)節(jié)炎的生物治療還無法系統(tǒng)性地糾正損傷退變軟骨細胞的代謝失衡，因此臨床預(yù)后不佳。
自然界中，植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣和糖，而動物恰恰相反。能否將這種宏觀的互補關(guān)系延伸至細胞層面，讓植物的能量供應(yīng)系統(tǒng)成為動物細胞補給能量的“生物電池”，并精準(zhǔn)地調(diào)控三磷酸腺苷和還原型輔酶Ⅱ的濃度？
“經(jīng)過數(shù)十億年進化，植物能量供應(yīng)細胞器——類囊體，正是一個可控、穩(wěn)定生成三磷酸腺苷和還原型輔酶Ⅱ的能量工廠。”林賢豐介紹，研究團隊成功提取并純化了菠菜綠葉中的類囊體組分，作為跨物質(zhì)能量補給的“電池”。
“電池”有了，如何安裝？
長久以來，跨物種遞送生物活性組分研究進展緩慢。人體擁有一套復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，以巨噬細胞為主的各類免疫細胞會對異物進行主動識別和吞噬清除，再通過溶酶體降解消化異物。
研究團隊開發(fā)了細胞膜納米涂層技術(shù)，利用同源靶向作用原理，將哺乳動物細胞膜包覆在納米化植物類囊體外層，用一招“瞞天過海”避免體內(nèi)的免疫排斥，實現(xiàn)細胞跨界移植納米植物類囊體。
范順武介紹，歷經(jīng)一年多時間，研究團隊系統(tǒng)驗證了軟骨細胞膜包封的納米類囊體不僅可以有效逃避免疫系統(tǒng)清除，同時還能被退變的軟骨細胞選擇性攝取；通過體外無創(chuàng)化光照治療，可精確增強退變軟骨細胞內(nèi)的三磷酸腺苷、還原型輔酶Ⅱ水平并能維持足夠的“續(xù)航”能力，實現(xiàn)退行性骨關(guān)節(jié)炎疾病的治療。
論文評審專家認為：“利用植物光合作用系統(tǒng)以依賴光能的方式，在哺乳動物細胞中特異性供應(yīng)三磷酸腺苷和還原型輔酶Ⅱ，開辟了代謝工程的可能性。”
“這項研究的關(guān)鍵原材料源于天然植物，生物安全性高，同時細胞膜納米涂層技術(shù)具備規(guī)模化生產(chǎn)潛力。”唐睿康表示，這一創(chuàng)新性技術(shù)未來有望在醫(yī)學(xué)、能源、材料等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。目前，研究團隊已同步遞交了發(fā)明專利并著手進行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。
標(biāo)簽： 光合作用
