人類借助光合作用修復身體機能，不再只是夢想。12月8日，學術期刊《自然》刊登了浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院骨科林賢豐醫(yī)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(jié)炎疾病的治療中應用，重塑了軟骨細胞的合成代謝。

本研究作用機制示意圖。科研團隊供圖

【資料圖】

動物細胞能量不足是組織衰老和退行性疾病發(fā)生發(fā)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。

以骨關節(jié)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(jié)軟骨破壞。目前骨關節(jié)炎的生物治療還無法系統(tǒng)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(tǒng)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(wěn)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(tǒng)，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(fā)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(tǒng)驗證了軟骨細胞膜包封的納米類囊體不僅可以有效地逃避免疫系統(tǒng)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(chuàng)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(xù)航”能力，實現退行性骨關節(jié)炎疾病的治療。

光照刺激軟骨細胞示意圖。科研團隊供圖

論文評審專家Francisco Cejudo教授認為：“利用植物光合作用系統(tǒng)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(guī)模化生產潛力。”唐睿康表示，這一創(chuàng)新性技術有望未來在醫(yī)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(fā)明專利并著手進行產品轉化。

關鍵詞： 還原型輔酶 三磷酸腺苷 軟骨細胞 骨關節(jié)炎 光合作用