浙江大学の大ヒット研究がネイチャー誌に掲載: 人間も「光合成」して老化細胞を若返らせることができる

人間の細胞も植物と同じように光合成できると考えたことはありますか?

「生体バッテリー」チラコイドはほうれん草から抽出され、動物細胞が光合成を通じてエネルギーを獲得できるようにし、細胞の老化と変性を若返らせ、逆転させます。

これは空想ではなく、浙江大学チームの最新の研究結果です。

最近、浙江大学医学部付属整形外科ショー病院の林賢峰医師と范俊武教授のチーム、および浙江省化学科の唐瑞康教授のチームが、大学がホウレンソウから「光合成を行う生体電池」の抽出に成功――チラコイド。

カモフラージュのために動物の細胞膜をナノサイズのチラコイドの外層で包むことにより、動物の老化病変のある細胞への植物チラコイドの異種間送達を初めて達成し、動物が細胞は植物の光合成のエネルギーも持つことができます。

# 実験交流中の林賢峰さん（左）と陳鵬飛さん（右）（出典：浙江大学）

北京時間の 12 月 8 日、この独創的な科学研究結果は、世界トップクラスの学術誌「Nature」に記事の形で掲載されました。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y

特筆すべきは、この研究チームの最年長メンバーはまだ 34 歳、最年少メンバーは 26 歳であり、非常に若く将来有望なメンバーであることです。

「ネイチャー」誌の上級編集者や査読者も、浙江大学研究チームの最新の研究結果を高く評価し、次のように述べています。 # 自然の法則に従い、細胞にエネルギーを供給するという世界の困難な問題を革新的に突破し、代謝工学の可能性を切り開きます。

この研究がどのようにして悪いものを魔法のようなものに変えたのかを見てみましょう。

動物細胞を再充電する方法

不十分な細胞内同化作用は、体内の多くの病理学的プロセスを引き起こす重要な要因であり、細胞内物質の同化作用には十分な量の摂取が必要です。細胞の内部エネルギーを生成し、還元相当物を生成します。

ATP は細胞の生物学的プロセスの「エネルギー通貨」として機能し、NADPH の還元型は同化作用に還元力を提供する重要な電子供与体です。

しかし、病理学的条件下では、損傷した細胞の同化作用を修正し、不十分なATPおよびNADPHレベルを最適な濃度まで増加させることは困難です。

したがって、動物細胞を「再充電」するには、最初のステップはバッテリーを見つけることです。

そこで、Lin Xianfeng は、「細胞内で ATP と NADPH を制御可能に生成する「充電」デバイスを設計できないか?」というアイデアを提案しました。 》

写真はこの研究の作用機序を示しています (出典:浙江大学)

このとき、唐瑞康チームのケミカルバイオロジー研究のアイデアと人工細胞小器官の概念は、研究の新たな方向性を切り開き、自然界にも目を向けました。

自然界では、植物と動物は完全な補完関係を形成しており、植物は二酸化炭素を吸収して酸素と糖を生成しますが、動物はその逆を行います。

そこで彼らはこう考えました:

この巨視的な相補関係は、植物のエネルギー供給システムが動物細胞にエネルギーを供給するための「生体バッテリー」となるように、光合成細胞小器官を移植することによって細胞レベルに拡張することができるでしょうか?

研究チームは最終的に、葉緑体のエネルギー供給器官であるチラコイドを「生物電池」の原料として使用することを選択し、ほうれん草の精製を通じてチラコイドを取得しました。抽出する。

葉緑体のチラコイド膜は、光合成における光反応段階の部位です (出典: 浙江大学)

同紙によると、ファン・シュンウー氏は次のようにジョークを飛ばした。ほうれん草は、市場で最も緑色の野菜でもあるため、ほうれん草を選びました。

エネルギーを補充するためのバッテリーはありますが、セル充電用のインターフェースはどこにあるのでしょうか?動物の老化し変性した細胞にチラコイドを安全かつ正確に送り込む方法が、この研究の 2 番目の課題です。

Lin Xianfeng 氏は、人体には複雑な免疫システムがあり、主にマクロファージを中心としたさまざまな種類の免疫細胞が異物を積極的に認識して貪食し、酵素の分解と分解によって異物を溶解すると説明しました。

「植物材料を動物細胞に送り込みたい場合は、すべてを隠す必要があります。」

チームメンバーのChen Pengfei氏は当初、リポソームカプセル化などのさまざまな送達方法を試しましたが、結果は満足のいくものではありませんでした。

ある日まで、彼はレシピエント細胞自身の細胞膜をキャリアとして利用できないか考えていました。

相同ターゲティングの原理を利用して、私たちが届けたチラコイドが「自分自身」であると細胞に思わせることで、体内の免疫拒絶を回避し、ナノ植物チラコイドの国境を越えた細胞移植を実現します。

継続的な探索と探索の結果、チームはナノチラコイドを細胞膜で偽装し、ナノチラコイドの細胞内送達を達成しました。

研究チームのメンバーであり、浙江大学ショー病院生物医学研究センターの著名な研究者であるLiu Xin氏は次のように述べています。 #外因性生体物質はリソソームから生成される エスケープは分娩を成功させるための重要なステップである 私たちは、動物細胞がナノチラコイドを「異物」として排除するのではなく、ナノチラコイドの一部となることを、さまざまなエンドサイトーシス阻害実験を通じて繰り返し検証してきました。

軟骨細胞の機能を回復するために、研究チームは新たな細胞膜ナノコーティング技術を採用しました。

#つまり、マウスの軟骨細胞膜を使用 ナノサイズのチラコイドがカプセル化され、損傷した軟骨部位に注入されます。

このとき、チラコイドはまだ「眠っている状態」であり、「チラコイドを目覚めさせる」方法は当然、光刺激です。

軟骨細胞への光刺激の模式図 (出典:浙江大学)

外部からの光がマウスの皮膚を通過して軟骨細胞の内部に到達すると、チラコイドが働き始めてATPとNADPHが生成されます。

光刺激により、軟骨細胞のATPおよびNADPHのレベルが大幅に増加し、老化細胞の同化作用も回復します。

さらに重要なのは、マウスの関節の健康状態が大幅に改善されたことです。

一般的な関節の健康度の評価方法によると、スコアが 5 のマウスは、治療により 1.5 ポイントの状態に戻ることができます (スコアが高いほど、関節炎が重度であることを意味します) ). 軟骨 細胞の状態も人間の60歳から20歳に戻ったのと同等です。

研究結果は、光照射と組み合わせたCM-NTU治療により、術後8週間および12週間で軟骨破壊が有意に減少することを示しました(サフラニン-O染色によって評価)(図5b)、国際変形性関節症研究 この結果は、次の方法によってさらに確認されています。 OARSI スコア。

ACLTを受け、CM-NTUと光で治療したマウスは、ACLT対照群と比較して、スコアが有意に低かった(術後8週間および12週間でそれぞれ1.45および1.81)。

発明特許が提出され、多くの分野で応用されることが期待されています

The Paperによると、 1年間の実験と分析を経て、研究チームは、ナノチラコイドが動物細胞に入った後も、光合成に必要なタンパク質やその他の機能性モノマーをチラコイド上に保持できることを確認した。

つまり、体内で十分な作用時間と分解安定性を維持し、十分な量のATPとNADPHの産生を確保し、それによって病気の細胞の代謝状態を体系的に逆転させます。

Lin Xianfeng 氏は次のように述べています:

私たちはまず、現在臨床的に催奇形性があり身体障害を引き起こす変形性関節症の治療における画期的な進歩を模索します。主な理由は、軟骨細胞のエネルギー代謝の不均衡と、関節軟骨の破壊につながるATPとNADPHの枯渇によるものです。

Fan Shunwu 氏はインタビューで、チームが発明特許を提出し、同時に製品変革を開始したと述べました。

主要原料が天然植物由来で安全性が高いため、細胞膜ナノコーティング技術は大規模生産の可能性を秘めています。 、多くの分野での活用が期待されるこの技術をアプリケーションとして実装します。

論文審査の専門家であるフランシスコ・セフード教授は次のように考えています:

この研究の優れた特徴は、研究チームが変革に成功したことです。植物のミニチュア化 哺乳類細胞への細胞小器官の種間移植。

植物の光合成システムを利用して、光エネルギー依存的に哺乳類の細胞にATPとNADPHを特異的に供給する技術は、代謝工学の可能性を開く刺激的な成果です。

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