约翰霍普金斯医学院的科学家设计了一种最小合成细胞，这种细胞能够在化学信号作用下表现出对称性破坏，他们认为这种细胞可用于将药物运送到全身。该研究的详细内容已发表在《科学进展》上，论文标题为“活性原始细胞中肌动蛋白聚合和对称性破坏的合成控制”。

合成细胞模拟体内对化学信号的生物反应

当细胞分子重新排列成不对称的形状或模式，使细胞能够向目标移动时，就会发生对称性破坏。这个过程通常是在对刺激作出反应时发生的，例如，免疫细胞可以感知来自感染的化学信号，并破坏其对称性，向受感染的组织移动。

寻找模拟和控制合成细胞中对称性破坏的方法对于理解细胞如何调查其化学环境并做出反应进行自我重组至关重要。事实上，“了解对称性破坏的工作原理是揭开生物学基本原理和发现如何利用这些信息来设计治疗方法的关键，”麻省理工学院博士后研究员、约翰霍普金斯大学研究生时期领导这项研究的ShivaRazavi博士说。

这项研究中创造的合成细胞或原始细胞是一个巨大的囊泡，具有双层膜，由磷脂、纯化的蛋白质、盐和ATP源组成。他们设计了原始细胞，使其具有化学感应能力，促使细胞从近乎完美的球体变成不规则的形状。据科学家称，该系统旨在模拟免疫反应的第一步。

为了激活原始细胞的化学感应能力，他们植入了两种蛋白质——FKBP和FRB——作为分子开关。FKBP蛋白被放置在细胞的中心，而FRB蛋白则被植入在膜上。然后，科学家在原始细胞外引入了一种化学物质雷帕霉素。作为回应，FKBP蛋白从中心移动，与膜上的FRB蛋白结合。这种结合引发了肌动蛋白聚合或合成细胞骨架的重组。结果是原始细胞内部出现了一种基于肌动蛋白的棒状结构，它对细胞膜施加压力，使其弯曲。

研究人员使用共聚焦显微镜观察了这一过程，记录了原始细胞对雷帕霉素的反应的化学感应能力。结果证明了“细胞状实体如何感知外部化学信号的方向，模拟了生物体内的情况，”Razavi说。

下一步，科学家们计划让这些合成细胞具备朝目标移动的能力。如果成功，他们将来可以设计出可用于靶向药物输送、环境感知和其他精确移动和对刺激作出反应至关重要的领域的合成细胞。

“我们的想法是，你可以将任何东西(蛋白质、RNA、DNA、染料或小分子)包装到这些气泡中，利用化学传感告诉细胞去哪里，然后让细胞在预定目标附近破裂，从而释放药物，”资深作者、约翰霍普金斯医学院细胞生物学教授兼细胞动力学中心主任TakanariInoue博士说。