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細胞的合成代謝需要消耗足夠的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH），而這些關鍵因子在病理條件下往往不足。在生命科學和臨床醫學的前沿探索中，一個巨大的挑戰就是如何向退行性變及損傷細胞輸送能夠起效的ATP和NADPH。植物細胞通過光合作用利用光照實現ATP和NADPH的自主合成，為植物生命活動提供所需的能量和物質。這種已在地球進行了十多億年的能量轉換的方式，吸引越來越多的科學家對光合反應的應用研究產生了濃厚興趣。那么是否可以利用光合作用來調節動物細胞內ATP和NADPH含量及濃度，以糾正病理狀態下細胞的能量合成或代謝障礙呢？
近日，來自我國浙江大學的研究團隊在《Nature》雜志上發表題為“A plant-derived natural photosyntheticsystem for improving cell anabolism”的研究論文。研究團隊提取并純化了菠菜葉綠體中的類囊體，并通過超聲和擠壓方式獲得了新型的納米類囊體單元(Nanothylakoid units, NTUs)。NTUs保留了類囊體膜上進行光合作用所需的蛋白質，使其在體外具有類似于類囊體的獨立光合功能，并能夠在光照下有效合成ATP和NADPH。為實現NTUs的跨物種應用，研究團隊采用細胞膜偽裝包封的方式給動物細胞移植了NTUs，利用細胞膜的同型靶向作用避免免疫排斥。進一步研究發現，接受移植NTUs后的動物細胞可以在光控下精準產生ATP和NADPH，增強了動物細胞的能量合成代謝。為進行概念性驗證，研究團隊選擇了一種常見的衰老退行性疾病——骨關節炎作為疾病模型，利用軟骨細胞膜對NTUs進行偽裝包封，通過給予特定強度的光照刺激，提高了退變軟骨細胞內的ATP和NADPH水平，從而增強了軟骨細胞的能量合成代謝，有利于軟骨再生，為退行性骨關節炎疾病的治療提供了新思路。
綜上，該研究展示了將天然植物來源的類囊體跨物種移植到哺乳動物細胞的生物醫學應用，并且賦予天然光合作用新的改造模式，這一創新性技術有望在醫學、能源、材料等領域實現應用。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y
注：此研究成果摘自《Nature》雜志，文章內容不代表本網站觀點和立場，僅供參考。
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