研究简介
近日，埃因霍温理工大学Jan van Hest、Henk Janssen等人开发了一种人工细胞骨架，该骨架能够赋予人工细胞机械支持并调节膜的动态性。该系统基于由聚二炔纤维构成的细胞骨架，通过与带正电荷的支链淀粉衍生物相互作用，形成微米级结构，模拟天然细胞骨架的功能。这一突破性的研究为开发具有增强生命特征的人工细胞平台奠定了基础。
人工细胞骨架的设计与构建
研究人员首先从支链淀粉基共凝聚体平台出发，通过将带负电荷的聚二炔纤维与带正电荷的支链淀粉衍生物混合，实现了纤维的自组装和聚合。通过精确调控纤维的端基功能，研究人员成功制备了具有不同功能的聚二炔纤维，如带有叠氮基团和二苯并环辛炔基团的纤维，这些功能基团不仅有助于纤维的自组装，还为后续的生物分子固定提供了便利。
细胞骨架的定位与功能调控
在共凝聚体中，研究人员巧妙地利用纤维的疏水性和亲水性差异，实现了细胞骨架在膜和细胞质中的精确定位。通过引入疏水的二苯并环辛炔基团，研究人员使部分纤维与膜结合，形成膜骨架，从而调节膜的动态性；而亲水的叠氮基团则使纤维在细胞质中均匀分布，形成细胞质骨架，赋予人工细胞类似活细胞的机械特性。
图|人工细胞骨架的空间组装
生物分子的固定与功能重建
研究人员利用细胞骨架的生物分子固定功能，成功实现了荧光素酶的重建。通过将荧光素酶的两个片段分别固定在细胞骨架上，研究人员观察到了显著增强的生物发光信号，这表明细胞骨架能够有效地促进生物分子的空间组织和功能重建。
图|人工细胞骨架上蛋白质的空间组装
膜动态性的调控
通过荧光恢复后光漂白实验，研究人员发现，细胞骨架能够显著降低膜的侧向扩散系数，增加膜的不可移动部分比例。这一结果表明，细胞骨架在调节膜动态性方面发挥了重要作用，类似于天然细胞骨架对膜的调控功能。
图|PDA纤维能够控制三元共聚物膜动力学
人工细胞的机械特性复制
利用实时变形细胞测量技术，研究人员研究了细胞骨架对人工细胞机械特性的影响。结果显示，含有亲水聚二炔纤维的共凝聚体表现出显著的刚性，其杨氏模量与天然细胞相近，而含有疏水纤维的共凝聚体则表现出相对柔软的特性。这表明，通过调节细胞骨架的组成和结构，可以有效调控人工细胞的机械特性，使其更接近天然细胞。
图|细胞骨架功能化凝聚层的力学性能
研究小结
本研究成功开发了一种具有机械支持功能和膜动态性调控能力的人工细胞骨架，并将其成功应用于多种人工细胞模型中。该细胞骨架不仅能够模拟天然细胞骨架的结构和功能，还能够实现生物分子的固定和功能重建，为人工细胞的研究和应用提供了新的思路和方法。未来，研究人员将进一步探索如何提高细胞骨架的动态性，使其能够根据环境变化进行可逆组装和解组装，从而更好地模拟天然细胞骨架的复杂功能。
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信息来源：官方媒体/网络新闻
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