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身體機能，不再只是夢想。8日，學術期刊《自然》刊登了浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院骨科林賢豐醫師、范順武教授團隊與浙大化學系唐睿康教授團隊的最新成果——在國際上首次實現將植物的類囊體跨物種遞送到動物體衰老病變的細胞內，讓動物細胞擁有植物光合作用的能量，并在退行性骨關節炎疾病的治療中應用，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生發展的關鍵原因，三磷酸腺苷（ATP）和還原型輔酶Ⅱ（NADPH）則是細胞再生修復不可或缺的能量貨幣和物質貨幣。然而，向退變細胞提供直接能量和物質是一大科學難題。
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以骨關節炎為例，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耗竭而導致關節軟骨破壞。目前骨關節炎的生物治療還無法系統性地糾正損傷退變軟骨細胞的代謝失衡，因此臨床預后不佳。
自然界中，植物通過光合作用產生氧氣和糖，而動物恰恰相反。能否將這種宏觀的互補關系延伸至細胞層面，讓植物的能量供應系統成為動物細胞補給能量的“生物電池”，并精準地調控三磷酸腺苷和還原型輔酶Ⅱ的濃度？
“經過數十億年進化，植物能量供應細胞器——類囊體，正是一個可控、穩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。人體擁有一套復雜的免疫系統，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。
研究團隊開發了細胞膜納米涂層技術，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”避免體內的免疫排斥，實現細胞跨界移植納米植物類囊體。
范順武介紹，歷經一年多時間，研究團隊系統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；通過體外無創化光照治療，可精確增強退變軟骨細胞內的三磷酸腺苷、還原型輔酶Ⅱ水平并能維持足夠的“續航”能力，實現退行性骨關節炎疾病的治療。
論文評審專家認為：“利用植物光合作用系統以依賴光能的方式，在哺乳動物細胞中特異性供應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具備規模化生產潛力。”唐睿康表示，這一創新性技術未來有望在醫學、能源、材料等領域實現應用。目前，研究團隊已同步遞交了發明專利并著手進行產品轉化。
標簽： 光合作用
