近日，美國加州大學圣地亞哥分校的科研團隊取得一項突破性進展：他們利用非生物化學物質構建出具有完整代謝循環的合成膜系統，這一成果不僅為探索生命起源提供了新視角，更為生物技術領域的細胞存儲、人工細胞應用等方向開辟了新路徑。

合成膜系統：重現細胞代謝的“人工細胞”

在生命體中，細胞膜絕非簡單的防護屏障，它兼具環境感知、物質運輸、動態適應等多重功能。這種被稱為“膜可塑性”的特性，依賴于能量驅動的化學反應網絡——也就是代謝過程，細胞通過分解與重建分子維持自身活性。

數十年來，科學家們一直致力于構建能模擬天然細胞膜功能的合成結構，卻始終難以突破“代謝”這一關鍵瓶頸。此前的人工膜雖能形成類似細胞的結構，卻因缺乏合成與分解的循環過程，淪為“無生命的空殼”。

而此次加州大學團隊研發的系統實現了質的突破。研究團隊以尼爾?德瓦拉杰為核心，構建出一套非生物脂質代謝網絡：他們不依賴生物酶，而是通過非生物化學物質激活脂肪酸，這些激活后的脂肪酸與溶血磷脂結合形成磷脂分子，進而自組裝成類似天然細胞膜的結構。

更關鍵的是，這套系統并非止步于膜的形成。隨著時間推移，磷脂會分解為初始成分，補充化學“燃料”后，整個過程又能重復進行——這種合成與分解的循環，完美模擬了活細胞的代謝過程。

為驅動這一循環，研究人員采用了一種名為NHS酯的化合物。它能將兩條脂質鏈連接起來，但設計上具有不穩定性：在水中會發生水解，使連接逐漸斷裂；而添加新的激活劑后，化學鍵又能重新形成，從而完成代謝循環，讓人工膜具備了類似活細胞的適應與變化能力。

技術啟示：從生命起源到生物技術應用

這項研究的價值遠超合成膜本身。從基礎科學角度，它為探索生命起源提供了新線索——早期地球可能正是通過類似的非生物化學反應，逐步形成了具有代謝能力的原始膜結構，為生命誕生奠定基礎。

在應用層面，其意義更為深遠。例如在藥物遞送領域，具備代謝能力的合成膜可根據環境動態調整結構，精準釋放藥物；在biosensors領域，這種動態響應特性能提升檢測靈敏度。

而對于細胞存儲領域而言，這一成果同樣帶來重要啟發。目前，細胞存儲液氮罐作為生物樣本長期保存的核心設備，其設計核心在于通過-196℃超低溫環境抑制細胞代謝，維持樣本活性。而合成膜的代謝循環研究，或將推動細胞存儲技術向“動態調控”升級——未來或許能結合液相液氮罐的深低溫特性，在存儲過程中通過特定化學信號微調代謝狀態，進一步提升細胞復蘇存活率。

同時，液氮存儲系統也能為合成細胞研究提供穩定的實驗基礎。例如，通過保存不同階段的合成膜樣本，可精準追蹤其代謝循環的長期變化，為優化人工細胞結構提供數據支持。

未來展望：跨領域融合的技術潛力

隨著合成生物學與低溫存儲技術的不斷發展，合成膜的代謝循環系統與細胞存儲液氮罐的結合，可能催生出更多創新應用。比如在細胞治療領域，可利用合成膜包裹治療細胞，通過液氮長期凍存，復蘇時再通過代謝調控激活其功能，提升治療效果。

這項研究證明，即使是最基礎的生命過程，也能通過人工手段重現。而當這種“人工代謝”能力與細胞存儲液氮罐等成熟技術結合，或將為生物技術行業帶來前所未有的突破，推動醫療、生物研究等領域邁向新高度。

來源：thebrighterside.news