Penyelidikan blockbuster Universiti Zhejiang yang diterbitkan dalam Alam: Manusia juga boleh 'berfotosintesis' untuk meremajakan sel-sel tua

Pernahkah anda terfikir bahawa sel manusia boleh berfotosintesis seperti tumbuhan?

Tilakoid "bateri biologi" diekstrak daripada bayam, membolehkan sel haiwan memperoleh tenaga melalui fotosintesis, sekali gus meremajakan dan membalikkan penuaan dan degenerasi sel.

Ini bukan fantasi, tetapi hasil penyelidikan terkini pasukan Universiti Zhejiang.

Baru-baru ini, pasukan Dr. Lin Xianfeng dan Profesor Fan Shunwu dari Hospital Ortopedik Shaw Bergabung dengan Sekolah Perubatan Universiti Zhejiang dan pasukan Profesor Tang Ruikang dari Jabatan Kimia Zhejiang Universiti berjaya mengekstrak "biobateri fotosintesis" daripada bayam.

Dengan membalut membran sel haiwan dalam lapisan luar nano-thylakoid untuk penyamaran, mereka mencapai penghantaran tilakoid tumbuhan untuk pertama kali merentas spesies ke dalam sel dengan lesi penuaan pada haiwan, membolehkan haiwan untuk Sel juga boleh memiliki tenaga fotosintesis tumbuhan.

Lin Xianfeng (kiri) dan Chen Pengfei (kanan) semasa komunikasi percubaan (Sumber: Universiti Zhejiang)

Pada 8 Disember waktu Beijing, hasil penyelidikan saintifik asal ini diterbitkan dalam bentuk artikel oleh jurnal antarabangsa terkemuka "Nature".

Pautan kertas: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y

Editor kanan dan pengulas majalah Nature juga memuji hasil penyelidikan terkini pasukan penyelidik Universiti Zhejiang, memanggil mereka:

Ikuti undang-undang alam semula jadi, secara inovatif memecahkan masalah sukar dunia dalam menyampaikan tenaga kepada sel, dan membuka kemungkinan kejuruteraan metabolik.

Mari kita lihat bagaimana penyelidikan ini mengubah sesuatu yang buruk kepada sesuatu yang ajaib.

Cara mengecas semula sel haiwan

Anabolisme intrasel yang tidak mencukupi adalah faktor utama yang membawa kepada banyak proses patologi dalam badan, dan anabolisme bahan intrasel memerlukan penggunaan yang mencukupi sel tenaga dalaman dan menghasilkan setara pengurangan.

ATP berfungsi sebagai "mata wang tenaga" untuk proses biologi selular, dan bentuk terkurang NADPH ialah penderma elektron utama, memberikan kuasa pengurangan untuk anabolisme.

Tetapi dalam keadaan patologi, sukar untuk membetulkan anabolisme sel yang rosak dan meningkatkan tahap ATP dan NADPH yang tidak mencukupi kepada kepekatan optimum.

Oleh itu, langkah pertama untuk "mengecas semula" sel haiwan ialah mencari bateri.

Jadi Lin Xianfeng menghasilkan idea: "Bolehkah kita mereka bentuk peranti "mengecas" untuk menjana ATP dan NADPH secara terkawal dalam sel? 》

Gambar menunjukkan mekanisme tindakan kajian ini (Sumber: Universiti Zhejiang)

Pada masa ini, idea penyelidikan biologi kimia pasukan Tang Ruikang dan konsep organel tiruan membuka hala tuju baharu untuk penyelidikan, dan mereka juga mengalihkan perhatian mereka kepada dunia semula jadi.

Secara semula jadi, tumbuhan dan haiwan membentuk hubungan pelengkap yang sempurna Tumbuhan menghasilkan oksigen dan gula dengan menyerap karbon dioksida, manakala haiwan melakukan sebaliknya.

Jadi mereka berfikir:

Bolehkah hubungan pelengkap makroskopik ini dilanjutkan ke peringkat sel, dengan menanam organel fotosintesis supaya sistem bekalan tenaga tumbuhan boleh menjadi "bateri biologi" yang membekalkan tenaga kepada sel haiwan?

Akhirnya, pasukan penyelidik memilih untuk menggunakan tilakoid, organel bekalan tenaga dalam kloroplas, sebagai bahan mentah "biobateri", dan memperoleh tilakoid melalui penulenan ekstrak bayam. .

Membran tilakoid dalam kloroplas ialah tapak peringkat tindak balas cahaya dalam fotosintesis (Sumber: Universiti Zhejiang)

Menurut The Paper, Fan Shunwu bergurau:

Semua orang pernah melihat kartun "Popeye", dan apabila dia makan bayam, dia menjadi Kami ada banyak kekuatan, dan bayam juga merupakan sayuran yang paling hijau di pasaran, jadi kami memilih bayam.

Sekarang sudah ada bateri untuk menambah tenaga, di manakah antara muka untuk pengecasan sel? Bagaimana untuk menghantar tilakoid dengan selamat dan tepat ke dalam sel-sel haiwan yang semakin tua dan merosot adalah masalah kedua penyelidikan ini.

Lin Xianfeng menjelaskan bahawa tubuh manusia mempunyai sistem imun yang kompleks Pelbagai jenis sel imun, terutamanya makrofaj, akan secara aktif mengenali dan memfagositosis badan asing, dan kemudian melarutkannya melalui Enzim merosot dan. mencerna bahan asing,

"Untuk menghantar bahan tumbuhan ke dalam sel haiwan, anda perlu menyembunyikan segala-galanya."

Ahli pasukan Chen Pengfei pada mulanya mencuba pelbagai kaedah penyampaian seperti enkapsulasi liposom, tetapi hasilnya tidak memuaskan.

Sehingga satu hari, dia terfikir sama ada dia boleh menggunakan membran sel sel penerima sendiri sebagai pembawa?

Menggunakan prinsip penyasaran homolog untuk menjadikan sel berfikir bahawa tilakoid yang kita hantar adalah "kita sendiri", dengan itu mengelakkan penolakan imun dalam badan dan merealisasikan pemindahan sel rentas sempadan tumbuhan nano Thylakoid .

Selepas penerokaan dan penerokaan berterusan, pasukan itu berjaya menyamar nano-thylakoid dengan membran sel dan mencapai penghantaran nano-thylakoid intrasel.

Liu Xin, ahli pasukan penyelidik dan penyelidik terkemuka di Pusat Penyelidikan Bioperubatan Hospital Shaw Universiti Zhejiang, berkata:

Bahan biologi eksogen dipindahkan daripada lisosom Melarikan diri adalah langkah penting dalam mencapai kejayaan penghantaran Kami telah berulang kali mengesahkan melalui pelbagai eksperimen perencatan endositosis bahawa sel haiwan tidak lagi membersihkan nanothylakoid sebagai 'badan asing', tetapi menjadi sebahagian daripadanya.

Untuk memulihkan fungsi sel rawan, pasukan penyelidik menggunakan teknologi salutan nano membran sel yang baru muncul:

Iaitu, menggunakan membran sel rawan tikus Tilakoid bersaiz nano dikapsulkan dan disuntik ke dalam tapak rawan yang rosak.

Pada masa ini, tilakoid masih dalam "keadaan tidur", dan cara untuk "membangunkan tilakoid" secara semula jadi adalah rangsangan ringan.

Rajah skematik rangsangan cahaya kondrosit (Sumber: Universiti Zhejiang)

Pancaran cahaya luaran melalui kulit tetikus dan sampai ke bahagian dalam sel rawan Pada masa ini, tilakoid mula beroperasi dan menghasilkan ATP dan NADPH.

Rangsangan cahaya dengan ketara meningkatkan tahap ATP dan NADPH dalam kondrosit, dan anabolisme sel penuaan juga dipulihkan.

Lebih penting lagi, kesihatan sendi tikus telah bertambah baik dengan ketara.

Mengikut kaedah penilaian biasa tahap kesihatan sendi, tikus dengan skor 5 boleh kembali ke keadaan 1.5 melalui rawatan (semakin tinggi skor, semakin teruk arthritis) Keadaan sel juga bersamaan dengan kembalinya dari manusia berumur 60 tahun kepada 20 tahun.

Hasil penyelidikan menunjukkan bahawa rawatan CM-NTU digabungkan dengan penyinaran cahaya telah mengurangkan kemusnahan rawan dengan ketara (dinilai oleh pewarnaan safranin-O) pada 8 dan 12 minggu selepas pembedahan (Rajah 5b), Penyelidikan Osteoartritis Antarabangsa Keputusan ini disahkan lagi oleh penarafan OARSI.

Tikus yang menerima ACLT dan dirawat dengan CM-NTU dan cahaya mempunyai skor yang jauh lebih rendah (1.45 dan 1.81 pada 8 dan 12 minggu selepas pembedahan, masing-masing) berbanding kumpulan kawalan ACLT.

Paten ciptaan telah diserahkan dan dijangka akan digunakan dalam banyak bidang

Menurut The Paper, selepas lebih daripada satu tahun eksperimen dan analisis, penyelidikan Pasukan telah mengesahkan bahawa selepas nanothylakoid memasuki sel haiwan, ia masih boleh mengekalkan protein dan monomer berfungsi lain yang diperlukan untuk fotosintesis pada tilakoid.

Iaitu, ia mengekalkan masa tindakan yang mencukupi dan kestabilan degradasi dalam badan, dan memastikan pengeluaran jumlah ATP dan NADPH yang mencukupi, dengan itu membalikkan keadaan metabolik sel berpenyakit secara sistematik.

Lin Xianfeng berkata:

Kami mula-mula mencari kejayaan dalam rawatan osteoarthritis, yang pada masa ini secara klinikal teratogenik dan melumpuhkan Sebab utama adalah disebabkan oleh ketidakseimbangan metabolisme tenaga kondrosit dan kekurangan ATP dan NADPH, yang membawa kepada pemusnahan rawan artikular.

Fan Shunwu berkata dalam temu bual bahawa pasukan itu telah menyerahkan paten ciptaan secara serentak dan memulakan transformasi produk.

Oleh kerana bahan mentah utama diperoleh daripada tumbuhan semula jadi dan sangat selamat, teknologi salutan nano membran sel mempunyai potensi untuk pengeluaran berskala besar, saya percaya bahawa dalam masa terdekat , teknologi ini dijangka akan digunakan dalam banyak bidang Melaksanakan aplikasi.

Profesor Francisco Cejudo, pakar semakan tesis, percaya:

Apa yang menarik tentang kerja ini ialah pasukan penyelidik berjaya mengecilkan tumbuhan. pemindahan interspesies organel ke dalam sel mamalia.

Teknologi untuk memanfaatkan sistem fotosintesis tumbuhan untuk membekalkan ATP dan NADPH secara khusus dalam sel mamalia dengan cara yang bergantung kepada tenaga ringan adalah pencapaian menarik yang membuka kemungkinan kejuruteraan metabolik.

Atas ialah kandungan terperinci Penyelidikan blockbuster Universiti Zhejiang yang diterbitkan dalam Alam: Manusia juga boleh 'berfotosintesis' untuk meremajakan sel-sel tua. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!