用可编程肽-DNA细胞骨架构建的人造细胞

人造细胞建立在合成肽-DNA细胞骨架上。多肽提供自组装;DNA，可编程性。不同的交联剂协调了脂包液滴的细胞形状变化。此外，细胞骨架在加热时经历动态重组，复制自然的膜-细胞骨架相互作用。

　　

不同于我们体内坚硬的骨架，单个细胞内的骨架——细胞骨架——是可变的，甚至是流体。当这些细胞骨架自我重组时，它们不仅仅支持不同的细胞形状。它们允许不同的功能。

因此，制造人造细胞的科学家希望制造出像天然细胞骨架一样的合成细胞骨架也就不足为奇了。合成细胞骨架能够支持细胞形状和功能的动态变化，可以促进新型药物输送系统、诊断工具和再生医学应用的发展。

合成细胞骨架包含了聚合物、小分子、碳纳米管、肽和DNA纳米丝等构建块。主要是DNA纳米丝。尽管它们提供了可编程性，但很难进行微调。为了解决这个难题，北卡罗来纳大学教堂山分校的科学家们在Ronit Freeman博士的带领下，研究了肽提供的相对未被探索的可能性。具体来说，科学家们使用可编程肽-DNA纳米技术方法设计了人造细胞。

最近，《Nature Chemistry》杂志发表了一篇题为《设计肽-DNA细胞骨架调节合成细胞的功能》的文章，详细介绍了这一过程。文章强调，自下而上的人工细胞工程需要一个“可重构的细胞骨架，它可以在不同的位置组织，并动态调节其结构和机械性能。”根据这篇文章，肽-DNA方法代表了动态可重构人工细胞自下而上组装的进展。

“受到肌动蛋白结合蛋白的启发，我们合理地设计了具有不同序列、长度、价和几何形状的肽-DNA交联剂，”文章作者写道。“我们在这里展示了通过DNA杂交连接的丝状肽如何形成具有可调长宽比和力学的线状束和网络。当被限制在细胞大小的油包水液滴中时，根据交联剂的属性，不同的结构被驱动到皮层或管腔的空间定位，并且捆绑的程度调整了液滴内有效载荷的流动性，从水样到受阻。最后，我们展示了不同的交联剂如何协调脂质包裹液滴的细胞形状变化。”

从本质上讲，Freeman实验室创造了具有功能性细胞骨架的细胞，这些细胞骨架可以改变形状并对周围环境做出反应。科学家们没有使用天然蛋白质。相反，他们使用了一种新技术，该技术可以引导肽和重新定位的遗传物质一起工作，形成功能性的细胞骨架，这些细胞骨架可以改变形状并对周围环境做出反应。

“DNA通常不会出现在细胞骨架中，”Freeman指出。“我们重新编程了DNA序列，使其作为一种建筑材料，将肽结合在一起。一旦将这种编程材料放入水滴中，结构就成形了。”

以这种方式编程DNA的能力意味着科学家可以创造出具有特定功能的细胞，甚至可以微调细胞对外部压力的反应。虽然活细胞比Freeman实验室创造的合成细胞更复杂，但它们也更不可预测，更容易受到恶劣环境的影响，比如高温。

Freeman说:“即使在122华氏度的温度下，合成细胞也很稳定，这为在通常不适合人类生活的环境中制造具有非凡能力的细胞提供了可能。”

Freeman的材料不是为了耐用而制造的，而是为了执行特定的功能，然后修改自己以达到新的功能。它们的应用可以通过添加不同的肽或DNA设计来定制，以编程织物或组织等材料中的细胞。这些新材料可以与其他合成细胞技术相结合，所有这些技术都有可能在生物技术和医学等领域产生革命性的应用。

Freeman说:“这项研究帮助我们理解了生命的起源。这种合成细胞技术不仅能让我们复制大自然的功能，还能制造出超越生物学的材料。”