智能而简单创建模仿活细胞的均匀DNA封装微凝胶

活细胞在“自组织”环境中含有生理相关成分，例如遗传物质(DNA)和蛋白质。了解这种自组装过程可以揭示生命物质自组织的潜在机制。

水/油(w/o)或水/水(w/w)液滴可用作模拟细胞的原型或“模型”，并可用于研究细胞自组装。这些模型在生物医学研究领域也具有重大影响。尽管可以使用复杂且高成本的设备来生成细胞模拟物，但相关方法成本高昂、繁琐且具有挑战性。

现在，来自日本的研究人员最近已经能够开发出一种一步法来生产均匀的基于明胶的细胞模拟物，称为“微凝胶”。相关结果于2023年5月24日发表在《Small》杂志上。

MS解释了他们研究背后的动机。领导这项研究的同志社大学的MayuShono和AkihisaShioi教授说：“目前，我们的研究重点是了解生命物质的自组织。作为我们研究活动的延伸，我们发现了一种实验程序，可以对于微凝胶的生成非常有用。”研究小组还包括东京大学的本田元和柳泽美穗，以及同志社大学和京都大学的吉川健一。

微凝胶形成的机制确实很有趣。初始阶段涉及生成由聚乙二醇(PEG)和明胶(两种广泛使用的合成交联剂)组成的域结构。将温度降低至24°C有利于富含明胶的结构域选择性转变为凝胶相。

在一组确定的实验条件下，富含PEG的相优先迁移到毛细管的玻璃表面，因为它对玻璃的亲和力较高，而对富含明胶的区域的亲和力较低。结果，富含明胶的液滴被富含PEG的相吞没。这些发现也在使用玻璃毛细管实验的理论和数值模型研究中得到了验证，证实了玻璃毛细管内表面的润湿性主导了w/w相分离。

此外，在添加DNA后，由于PEG和明胶的相分离，富含明胶的液滴能够自发地捕获DNA分子，从而产生模拟细胞的微凝胶。研究还指出，掺入液滴中的带负电荷的DNA分子可以通过防止它们在溶胶/凝胶转变温度以上融合来稳定它们。

该团队还使用荧光染料来标记和追踪封装的DNA。随后的荧光显微镜实验揭示了含有发光DNA分子的圆形微凝胶结构的存在。这组作者表示，目前的方法有望将巨大的DNA分子限制、储存和运输在微小的细胞大小的液滴内。

博士对他们未来的研究范围感到兴奋。第一作者、学生MayuShono说：“这种形成均匀细胞大小的微凝胶的新方法可能适用于其他生物聚合物。均匀的细胞大小和稳定的细胞样系统也将在生物和化学领域产生关键影响。”生命科学。”

总之，该研究讨论了一种制备基于明胶的细胞模拟物的新方法，可以根据应用领域对其进行调整以适应所需的目的。Shioi教授总结道：“我们研究中提出的方法不需要特殊设备、有机溶剂或表面活性剂，可能可用于生产用于食品、药品、化妆品和其他材料的微凝胶。”