细胞的合成代谢需要消耗足够的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH），而这些关键因子在病理条件下往往不足。在生命科学和临床医学的前沿探索中，一个巨大的挑战就是如何向退行性变及损伤细胞输送能够起效的ATP和NADPH。植物细胞通过光合作用利用光照实现ATP和NADPH的自主合成，为植物生命活动提供所需的能量和物质。这种已在地球进行了十多亿年的能量转换的方式，吸引越来越多的科学家对光合反应的应用研究产生了浓厚兴趣。那么是否可以利用光合作用来调节动物细胞内ATP和NADPH含量及浓度，以纠正病理状态下细胞的能量合成或代谢障碍呢？
近日，来自我国浙江大学的研究团队在《Nature》杂志上发表题为“A plant-derived natural photosyntheticsystem for improving cell anabolism”的研究论文。研究团队提取并纯化了菠菜叶绿体中的类囊体，并通过超声和挤压方式获得了新型的纳米类囊体单元(Nanothylakoid units, NTUs)。NTUs保留了类囊体膜上进行光合作用所需的蛋白质，使其在体外具有类似于类囊体的独立光合功能，并能够在光照下有效合成ATP和NADPH。为实现NTUs的跨物种应用，研究团队采用细胞膜伪装包封的方式给动物细胞移植了NTUs，利用细胞膜的同型靶向作用避免免疫排斥。进一步研究发现，接受移植NTUs后的动物细胞可以在光控下精准产生ATP和NADPH，增强了动物细胞的能量合成代谢。为进行概念性验证，研究团队选择了一种常见的衰老退行性疾病——骨关节炎作为疾病模型，利用软骨细胞膜对NTUs进行伪装包封，通过给予特定强度的光照刺激，提高了退变软骨细胞内的ATP和NADPH水平，从而增强了软骨细胞的能量合成代谢，有利于软骨再生，为退行性骨关节炎疾病的治疗提供了新思路。
综上，该研究展示了将天然植物来源的类囊体跨物种移植到哺乳动物细胞的生物医学应用，并且赋予天然光合作用新的改造模式，这一创新性技术有望在医学、能源、材料等领域实现应用。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y
注：此研究成果摘自《Nature》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。