Blockbuster-Forschung der Universität Zhejiang in „Nature“ veröffentlicht: Menschen können auch „Photosynthese“ durchführen, um alternde Zellen zu verjüngen

Haben Sie jemals gedacht, dass menschliche Zellen wie Pflanzen Photosynthese betreiben können?

Die Thylakoide der „biologischen Batterie“ werden aus Spinat gewonnen und ermöglichen es tierischen Zellen, durch Photosynthese Energie zu gewinnen und so die Alterung und Degeneration der Zellen zu verjüngen und umzukehren.

Das ist keine Fantasie, sondern das neueste Forschungsergebnis des Teams der Zhejiang-Universität.

Kürzlich haben das Team von Dr. Lin - Thylakoide“ aus Spinat.

Durch die Umhüllung tierischer Zellmembranen mit der äußeren Schicht nanoskaliger Thylakoide als Tarnung gelang es ihnen zum ersten Mal, pflanzliche Thylakoide artübergreifend in alternde und erkrankte Zellen von Tieren einzuschleusen, sodass auch tierische Zellen über die Kraft von Pflanzen verfügen Photosynthese. Energie.

lin Zeitschriften Das Magazin „Nature“ veröffentlicht es in Form langer Artikel.

Link zum Papier: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y

Es ist erwähnenswert, dass die älteste Person in diesem Forschungsteam erst 34 Jahre alt ist Jahre alt, der Jüngste ist 26 Jahre alt, was man als recht jung und vielversprechend bezeichnen kann.

Leitende Redakteure und Rezensenten des Magazins „Nature“ lobten auch die neuesten Forschungsergebnisse des Forschungsteams der Zhejiang-Universität und nannten sie:

Den Naturgesetzen folgen und das schwierige Problem der Welt auf innovative Weise lösen Energie für Zellen, was die Möglichkeit des Metabolic Engineering eröffnet.

Werfen wir einen Blick darauf, wie diese Forschung Fäulnis in Magie verwandelt.

Wie man tierische Zellen auflädt

Unzureichender intrazellulärer Anabolismus ist ein Schlüsselfaktor, der zu vielen pathologischen Prozessen im Körper führt, und der Anabolismus intrazellulärer Substanzen erfordert den Verbrauch ausreichender intrazellulärer Energie und die Produktion reduzierender Äquivalente.

ATP fungiert als „Energiewährung“ zellulärer biologischer Prozesse, und die reduzierte Form von NADPH ist ein wichtiger Elektronenspender, der reduzierende Kraft für den Anabolismus liefert.

Aber unter pathologischen Bedingungen ist es schwierig, den Anabolismus geschädigter Zellen zu korrigieren und unzureichende ATP- und NADPH-Spiegel auf optimale Konzentrationen zu erhöhen.

Um Tierzellen „aufzuladen“, besteht der erste Schritt daher darin, die Batterie zu finden.

Also brachte Lin Xianfeng eine Idee vor: „Können wir ein „Ladegerät“ entwerfen, um ATP und NADPH in Zellen kontrolliert zu erzeugen? „

Das Bild zeigt den Wirkmechanismus dieser Studie (Quelle: Zhejiang-Universität)

Zu diesem Zeitpunkt wurden die Forschungsideen der chemischen Biologie und das Konzept künstlicher Organellen von Tang Ruikangs Team eröffnet Er richtete seine Aufmerksamkeit auch auf die Natur.

In der Natur bilden Pflanzen und Tiere eine perfekte Komplementärbeziehung. Pflanzen produzieren Sauerstoff und Zucker, indem sie Kohlendioxid aufnehmen, während Tiere das Gegenteil tun.

Also dachten sie:

Kann diese makroskopische Komplementärbeziehung auf die zelluläre Ebene ausgeweitet werden, indem photosynthetische Organellen implantiert werden, sodass das Energieversorgungssystem von Pflanzen zu einer „biologischen Batterie“ für tierische Zellen werden kann, um Energie aufzufüllen?

Am Ende entschied sich das Forschungsteam für die Verwendung von Thylakoiden, den Energieversorgungsorganellen in Chloroplasten, als Rohstoff der „biologischen Batterie“ und gewann Thylakoide durch die Reinigung von Spinatextrakt.

Die Thylakoidmembran in Chloroplasten ist der Ort der Photoreaktionen in der Photosynthese (Quelle: Zhejiang Universität)

According to the Paper, Fan Shunwu scherzte:

JEDERE WIR ALLE Wir haben den Zeichentrickfilm „Popeye“ gesehen. Wenn wir Spinat essen, sind wir außerdem das grünste Gemüse auf dem Markt, also haben wir uns für Spinat entschieden.

Nachdem es nun eine Batterie zum Nachfüllen von Energie gibt, wo ist die Schnittstelle zum Laden der Zellen? Das zweite Problem dieser Forschung besteht darin, Thylakoide sicher und genau in die alternden und degenerierten Zellen von Tieren zu transportieren. Lin Wenn man pflanzliches Material in tierische Zellen umwandelt, muss man alles verstecken.

Teammitglied Chen Pengfei versuchte zunächst verschiedene Verabreichungsmethoden wie die Liposomenverkapselung, aber die Ergebnisse waren nicht zufriedenstellend.

Bis er eines Tages überlegte, ob er die eigene Zellmembran der Empfängerzelle als Träger verwenden könnte?

Nutzen Sie das Prinzip des homologen Targetings, um Zellen glauben zu lassen, dass die von uns abgegebenen Thylakoide „unsere eigenen“ seien, wodurch eine Immunabstoßung im Körper vermieden und eine grenzüberschreitende Zelltransplantation von Nanopflanzen-Thylakoiden realisiert wird.

Nach kontinuierlicher Forschung und Forschung gelang es dem Team, Nano-Thylakoide erfolgreich mit Zellmembranen zu maskieren und eine intrazelluläre Abgabe von Nano-Thylakoiden zu erreichen.

Liu Wir nutzen eine Vielzahl von Endozytose-Hemmungen. Experimente haben wiederholt gezeigt, dass tierische Zellen Nanothylakoide nicht mehr als „Fremdkörper“ entfernen, sondern zu einem Teil von ihnen werden.

Um die Funktion von Knorpelzellen wiederherzustellen, übernahm das Forschungsteam die neue Zellmembran-Nanobeschichtungstechnologie:

Verwendung der Chondrozytenmembran von Mäusen, um nanogroße Thylakoide einzukapseln und sie in die beschädigte Knorpelstelle zu injizieren.

Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Thylakoide noch in einem „Schlafzustand“, und der Weg, die Thylakoide „aufzuwecken“, ist eine natürliche Lichtstimulation.

Schematische Darstellung der Lichtstimulation von Chondrozyten (Quelle: Zhejiang-Universität)

Ein äußerer Lichtstrahl dringt in die Haut der Maus ein und erreicht das Innere der Chondrozyten Thylakoide beginnen zu wirken und produzieren ATP und NADPH.

Lichtstimulation erhöht den ATP- und NADPH-Spiegel in den Chondrozyten deutlich und der Anabolismus alternder Zellen wird ebenfalls wiederhergestellt.

Noch wichtiger ist, dass die Gelenkgesundheit der Mäuse deutlich verbessert wurde.

Gemäß der gängigen Methode zur Beurteilung der Gelenkgesundheit können Mäuse mit einem Wert von 5 durch die Behandlung in einen Zustand von 1,5 zurückkehren (je höher der Wert, desto schwerwiegender die Arthritis), und auch der Zustand der Chondrozyten ist betroffen entspricht dem des Menschen. Der 60-Jährige kehrt zum 20-Jährigen zurück.

Forschungsergebnisse zeigen, dass die CM-NTU-Behandlung in Kombination mit Lichtbestrahlung die Knorpelzerstörung 8 und 12 Wochen nach der Operation (bewertet durch Safranin-O-Färbung) deutlich reduzierte (Abbildung 5b). Die Bewertungen der Osteoarthritis Research Association International (OARSI) bestätigten dies weiter dieses Ergebnis.

Mäuse, die sich einer ACLT unterzogen und mit CM-NTU und Licht behandelt wurden, hatten im Vergleich zur ACLT-Kontrollgruppe deutlich niedrigere Werte (1,45 bzw. 1,81 8 bzw. 12 Wochen nach der Operation).

Ein Erfindungspatent wurde eingereicht und wird voraussichtlich in vielen Bereichen Anwendung finden.

Laut The Paper hat das Forschungsteam nach mehr als einem Jahr Experimenten und Analysen bestätigt, dass Nano-Thylakoide immer noch können Auf dem Thylakoid verbleiben Proteine ​​und andere funktionelle Monomere, die für die Photosynthese erforderlich sind.

Das heißt, es sorgt für eine ausreichende Wirkungszeit und Abbaustabilität im Körper und sorgt für die Produktion ausreichender Mengen an ATP und NADPH, wodurch der Stoffwechselzustand erkrankter Zellen systematisch umgekehrt wird.

Lin Xianfeng sagte:

Wir suchen zunächst nach Durchbrüchen in der Behandlung von Arthrose. Arthrose ist derzeit eine der Hauptursachen für klinische Teratologie und Behinderung . Der Abbau von ATP und NADPH führt zur Zerstörung des Gelenkknorpels.

Fan Shunwu sagte in einem Interview, dass das Team gleichzeitig das Erfindungspatent eingereicht und mit der Produktumwandlung begonnen habe.

Da die wichtigsten Rohstoffe aus natürlichen Pflanzen stammen und sehr sicher sind, hat die Zellmembran-Nanobeschichtungstechnologie meiner Meinung nach das Potenzial für eine Massenproduktion in vielen Bereichen.

Professor Francisco Cejudo, Experte für die Überprüfung von Abschlussarbeiten, glaubt:

Das Herausragende an dieser Arbeit ist, dass das Forschungsteam erfolgreich pflanzliche Mikroorganismen in Säugetierzellen transplantiert hat.

Diese Technologie zur Nutzung des pflanzlichen Photosynthesesystems zur gezielten Bereitstellung von ATP und NADPH in Säugetierzellen auf lichtenergieabhängige Weise ist eine aufregende Errungenschaft, die die Möglichkeiten des Metabolic Engineering eröffnet.

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