科学家探索人造细胞器的创造

人体由许多不同类型的细胞组成，这些细胞具有称为细胞器的小隔室，可以执行复杂的生化反应。这些隔室具有多种酶，它们协同工作以执行重要的细胞功能。基础科学研究所(IBS，韩国)软物质和生命物质中心的研究人员在作为封面文章发表在《自然催化》上的最新研究中，成功​​地模仿了这些纳米空间隔室以制造“人工线粒体”。他们表示，该技术可用于构建人工细胞器，为受损或患病组织中的细胞提供 ATP 或其他有用分子。

这是通过重新编程“外泌体”来实现的，外泌体是细胞用于细胞间信号传递的小囊泡(直径约 120 nm)。研究人员使用微流体液滴反应器进行了实验，该反应器产生与典型细胞大小相似的小液滴。(直径~10 μm)研究人员首先旨在促进液滴内这些外泌体的受控融合，同时防止不需要的融合。

他们通过用称为儿茶酚的分子定制外泌体表面来实现这一点，儿茶酚是一种与金属离子形成复合物的螯合剂。这反过来又是通过将儿茶酚附着在靶向特定细胞标记物(如 CD9)的抗体上来完成的。儿茶酚的复合物形成特性使它们能够在与 Fe3+等金属离子混合时驱动外泌体之间的融合。当表面上的儿茶酚与铁结合并使囊泡彼此靠近时，就会发生膜融合。

研究人员首先通过将一种类型的外泌体加载钙黄绿素-Co2+和另一种加载EDTA 来测试该系统的有效性。当两个囊泡融合并且内容物混合时，EDTA 会从钙黄绿素上夺走Co2+，然后让后者发出荧光。该团队意识到他们在检测到荧光信号后是成功的，并且通过测量的外泌体直径加倍进一步证实了融合。

这些定制的外泌体随后被预装了不同的反应物和酶，从而将它们变成了仿生纳米工厂。这使他们能够通过以空间受限的方式进行所需的生物催化转化来生产高价值的生物分子，而使用传统的实验室试管是不可能的。该团队通过将葡萄糖氧化酶 (GOx) 和辣根过氧化物酶 (HRP) 封装在外泌体中，证明了这种多酶生物催化级联功能。GOx 首先将葡萄糖转化为葡萄糖酸和过氧化氢。HRP 反过来使用第一个反应中产生的过氧化氢将 Amplex Red 氧化成荧光产物试卤灵。研究人员甚至能够更进一步，在混合物中添加第三种酶——半乳糖苷酶，将乳糖转化为葡萄糖。

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