金斯瑞解讀 | 新型人工「智能細胞」有望在細胞水平上靶向疾病

2020-10-22 金斯瑞

想要深入了解生物學，細胞生物學不可不提。自從1839年施萊登和施旺的細胞學說問世以來，認識細胞就成了深入了解生命科學的必修課題。

隨著電子顯微鏡技術的出現，人們對細胞內部結構有了更明確的認識。從20世紀70年代開始，基因重組技術的出現更將細胞生物學研究的風潮推上頂點，研究細胞的分子結構及其在生命活動中的作用成為主要課題，基因調控、信號轉導、腫瘤生物學、細胞分化和凋亡更是當代的研究熱點。

但是，由於活細胞複雜的內部結構，以及體外環境下活性限制，大大禁錮了其在工程領域的應用。於是科學家們另闢蹊徑，踏上了「人造細胞」的漫漫徵程。近二十年來，製造出具有生命特徵的「人造細胞」已經成為熱門研究。

人造細胞的本質是利用高分子半透膜將具有生物活性物質(酶、輔酶或胺基酸等)包裹起來，模擬人體細胞的各種功能。人工細胞作為自然活細胞的替代品，在研究生命起源與生物醫學工程領域潛力無限。

2017年發表在 ACS Science 雜誌上的論文表示，已有人造細胞通過經典圖靈測試。簡單解釋就是人造細胞已經可以瞞天過海，騙過自然活細胞，使其將人造細胞當作「盟軍」，並且，人造細胞還可以與自然細胞進行「交流溝通」。

近日，由加拿大阿爾伯塔大學化學系Sheref S. Mansy教授領導的一項研究在Science Advances上公開發表[1]，該論文表示研究人員開發了一種新型的人造「智能細胞」，可以通過與體內其他細胞進行細胞通訊，促進神經元的生長和分化。

該論文的著力於人造「智能細胞」在神經分化過程中所發揮的作用，研究發現通過檢測內環境的變化，人造「智能細胞」可以作出相適應的響應，釋放特定的蛋白質信號，從而調節聯級反應引發細胞的各種生理活動。

經過特定成份組裝的人工「智能細胞」可以通過轉錄翻譯合成腦源性神經營養因子（BDNF），從而促進神經元的存活和分化，導致神經突向外生長，分支以及突觸的形成和穩定，影響神經系統的發育和功能。這意味著這種新型人造「智能細胞」在智能藥物領域具有廣闊的應用前景，有望在細胞水平上有針對性地治療疾病。

研究人員表示，這項工作遠遠超越了以往智能藥物遞送系統的設想，不再止步於將人造細胞簡單的設定為具有簡單的藥物輸送載體，而是以人造細胞為技術應用的平臺，設計開發出能夠定期監測生理狀況且可以相應地合成/釋放不同藥物分子的人工「智能」細胞，這為治療學和治療學開闢了新的可能性。

人工細胞與神經幹細胞之間的通訊

或許這些想法聽起來有點像是科幻小說，但研究人員明確地指出了其潛在的可能性：人造細胞最主要優點之一就是能夠有目的的，定製化的設計其功能，這使它們比起其他載體平臺更容易預測和控制。

Sheref Mansy教授也表示：「在不久的將來，人造細胞的工程化會成為一種趨勢，針對不同生理狀況或疾病，可以提供具有特定功能的人工細胞作為特定治療分子。」。

在越來越重視個性化精準治療的今天，「定製化」的人工「智能細胞」前路明朗，或許在不久的將來，醫生可以通過精準放置人造「智能細胞」來達到「對症下藥」，從而達到在細胞水平上靶向疾病。

參考文獻：

[1].Sheref S. Mansy,Ö. Duhan Toparlak,Jacopo Zasso.Artificial cells drive neural differentiation.[J].Science Advances.2020.09.18

[2].https://phys.org/news/2020-09-chemists-smart-cells-potential-illness.html

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