美研究员造出类似活细胞的人造细胞

美研究员造出类似活细胞的人造细胞 美国研究人员首次通过操纵脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质，制造出外观和行为与人体细胞相似的细胞。这一成果对再生医学、药物输送系统和诊断工具等方面的研究具有重要意义。 新华社报道，这项于上星期二（4月23日）刊登在英国《自然·化学》杂志上的研究报告指出，蛋白质对于形成细胞的框架即细胞骨架至关重要，没有它细胞就无法运作。细胞骨架使细胞在形状和对环境的反应方面都具有灵活性。 美国北卡罗来纳大学查珀尔希尔校区研究人员设计使用了一种新的可编程肽-DNA技术，引导蛋白质的组成成分肽合成具有功能性细胞骨架（Cytoskeleton）的细胞，它们可以改变形状并对周围环境作出反应。 据介绍，DNA通常不会出现在细胞骨架中，研究人员通过对DNA序列重新编程，使其成为一种将肽结合在一起的架构材料。能以这种方式对DNA编程，意味着可以制造出具有特定功能的细胞，甚至可以微调细胞对外部压力的反应。 通常，人体活细胞比该研究中合成的细胞更复杂，但也更难以预测，更容易受环境影响，而这种合成细胞即使在50摄氏度的温度下也能保持稳定。 研究员介绍称，这种合成细胞材料是为执行特定功能而设计的，可根据不同的应用场景，通过添加不同的肽或DNA设计来定制。这些新材料可以与其他合成细胞技术相结合，应用于生物技术和医学等领域。 2024年4月29日 12:07 PM

新研究表明细胞拥有某种未知的基于离子梯度的通信系统

新研究表明细胞拥有某种未知的基于离子梯度的通信系统 细胞不断在动态环境中航行，面临着不断变化的条件和挑战。但细胞如何迅速适应这些环境波动呢？新研究揭示，跨细胞膜的离子梯度创建了一个独立于DNA 的网络，可帮助细胞迅速做出决策。发表在《iScience》上的莫菲特癌症中心的一项新研究挑战了我们对细胞功能的理解，从而回答了这个问题。一个研究小组提出，细胞拥有一种以前未知的信息处理系统，它能让细胞独立于基因迅速做出决定。几十年来，科学家一直将 DNA 视为细胞信息的唯一来源。DNA 蓝图指示细胞如何构建蛋白质和执行基本功能。然而，由迪佩什-尼劳拉（Dipesh Niraula）博士和罗伯特-加滕比（Robert Gatenby）医学博士领导的莫菲特新研究发现了一种与DNA同时运行的非基因组信息系统，它能使细胞从环境中收集信息并对变化做出快速反应。离子梯度的作用研究的重点是细胞膜上离子梯度的作用。这些梯度由专门的泵维持，需要消耗大量能量才能产生不同的跨膜电势。研究人员提出，这些梯度代表了一个巨大的信息库，使细胞能够持续监测其环境。当细胞膜上的某个点接收到信息时，它会与离子特异性通道中专门的门相互作用，然后打开这些门，让这些离子沿着预先存在的梯度流动，形成一条通信通道。离子流触发了细胞膜附近的一连串事件，使细胞能够对信息进行分析并迅速做出反应。当离子流较大或持续时间较长时，它们会导致细胞骨架的微管和微丝的自组装。通常，细胞骨架网络为细胞提供机械支持，并负责细胞的形状和运动。然而，莫菲特公司的研究人员注意到，细胞骨架中的蛋白质也是极好的离子导体。这使得细胞骨架成为一个高度动态的细胞内布线网络，将基于离子的信息从膜传递到细胞内的细胞器，包括线粒体、内质网和细胞核。研究人员认为，这一系统可以对特定信号做出快速的局部反应，也可以对较大的环境变化做出协调的区域或全球反应。研究的启示和影响机器学习系应用研究科学家尼劳拉说："我们的研究揭示了细胞利用跨膜离子梯度作为通信手段的能力，使它们能够迅速感知周围环境的变化并做出反应。这种错综复杂的网络使细胞能够迅速做出明智的决定，这对细胞的生存和功能至关重要。"研究人员认为，这种非基因组信息系统对于形成和维持正常的多细胞组织至关重要，并认为神经元中描述详尽的离子通量就是这种广泛信息网络的一个特殊例子。这些动态变化的中断也可能是癌症发展的一个关键组成部分。他们证明了自己的模型与多项实验观察结果一致，并强调了由其模型产生的几项可检验的预测，希望能为未来的实验验证其理论和揭示细胞决策的复杂性铺平道路。"这项研究挑战了生物学中隐含的假设，即基因组是信息的唯一来源，而细胞核则是一种中央处理器。"莫菲特进化治疗卓越中心联合主任加滕比说："我们展示了一个全新的信息网络，它允许快速适应和进行细胞生存所需的复杂交流，并很可能深度参与了细胞间的信号传递，从而使多细胞生物体得以正常运作。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞 艺术家们利用显微镜图像和图形渲染，展示了一个能够感知定向化学线索并自我组织响应的最小合成细胞。图片来源：约翰-霍普金斯大学医学院井上实验室，由 Shiva Razavi 和 Turhan Pathan 创作，经编辑了解对称性破坏细胞运动之前的一个步骤是打破对称，当细胞分子最初对称排列时，通常在受到刺激后重组为不对称的模式或形状。这类似于迁徙的鸟类在对阳光或地标等环境指南针做出反应时转变为新的队形，从而打破对称。在微观层面上，免疫细胞会感知集中在感染部位的化学信号，并打破对称，穿过血管壁到达受感染的组织。当细胞打破对称性时，它们会转变为极化和不对称结构，为向目标移动做好准备。"对称性破缺的概念对生命至关重要，影响着生物学、物理学和宇宙学等多个领域，"在约翰-霍普金斯大学攻读研究生时领导这项研究的希瓦-拉扎维（Shiva Razavi）博士说，他在约翰霍普金斯大学攻读研究生时领导了这项研究，现在是麻省理工学院的博士后研究员。"了解对称性破缺是解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。"长期以来，人们一直认为找到在合成细胞中模仿和控制对称性破坏的方法对于了解细胞如何检测其化学环境并重新排列其化学轮廓和形状至关重要。在这项研究中，科学家们创造了一个带有双层膜的巨大囊泡一个由磷脂、纯化蛋白质、盐和提供能量的 ATP 组成的裸体简化合成细胞或原细胞。原细胞呈球形，因此被昵称为"泡泡"。在实验中，科学家们成功地设计出了具有化学感应能力的原细胞，它能促使细胞打破对称性，从一个近乎完美的球体变成一个凹凸不平的形状。研究人员说，该系统专门设计用于模仿免疫反应的第一步，能够根据中性粒细胞感知到的周围蛋白质发出攻击病菌的信号。拉扎维说："我们的研究展示了类细胞实体如何能够感知外部化学线索的方向，模拟生物体内的条件。通过从零开始构建类细胞结构，我们可以更好地识别和理解细胞以最简化的形式打破对称性所需的基本组成部分。"给药领域的未来应用科学家们说，有朝一日，化学传感可用于体内靶向给药。约翰-霍普金斯大学医学院细胞生物学教授、细胞动力学中心主任、资深作者井上隆成（Takanari Inoue）博士说："我们的想法是，可以把任何你想要的东西蛋白质、RNA、DNA、染料或小分子打包到这些气泡中，利用化学传感告诉细胞该去哪里，然后让细胞在预定目标附近破裂，这样药物就能被释放出来。"为了激活囊泡的化学感应能力，研究人员在合成细胞中植入了两种作为分子开关的蛋白质FKBP和FRB。蛋白质 FKBP 被置于细胞中心，而 FRB 则被置于细胞膜上。当科学家们在气泡细胞外引入一种化学物质雷帕霉素时，FKBP就会移动到细胞膜上与FRB结合，从而引发一种叫做肌动蛋白聚合的过程，也就是合成细胞骨架的重组。在原细胞内部，化学反应产生了由肌动蛋白组成的杆状结构，对细胞膜施加压力，使其弯曲。研究人员使用了一种名为共聚焦显微镜的专门快速三维成像技术来记录原细胞的化学感应能力；他们必须以每15到30秒一帧的速度快速记录图像，因为原细胞会对化学信号做出快速反应。下一步，研究人员的目标是让这些合成细胞具备向所需目标移动的能力。最终，研究人员希望设计出的合成细胞能在靶向药物输送、环境传感以及其他需要精确移动和对刺激做出反应的领域中发挥重要的潜在应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料 从第 1 天（左）到第 14 天（右），3D 打印在水凝胶中的植物细胞生长并开始繁茂成黄色的细胞簇。图片来源：改编自 ACS Central Science 2024，DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。然而，植物细胞的独特特性激起了将其用于工程植物活体材料（EPLMs）的热情。以前，科学家们创造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。余子怡、狄振高及其同事希望改变这种状况，他们制作了形状复杂的 EPLM，其中含有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。24 天后，植物细胞在两种不同的生物墨水中产生的颜色在这种叶形工程活体材料中清晰可见。来源：改编自 ACS Central Science 2024，DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将DNA片段转入植物基因组的细菌。然后将这种生物墨水混合物在平板上或装有另一种凝胶的容器内进行 3D 打印，形成网格、雪花、树叶和螺旋等形状。接着，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的 48 小时内，EPLMs 中的细菌将 DNA 转移到生长中的烟草细胞上。然后他们用抗生素清洗这些材料，以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在 EPLMs 中生长和复制，它们开始根据转移的 DNA 生成蛋白质。在这项概念验证研究中，转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或贝特类色素红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过用两种不同的生物墨水打印叶形 EPLM一种墨水沿叶脉产生红色素，另一种墨水在叶片的其他部分产生黄色素研究人员表明，他们的技术可以产生复杂的、空间可控的多功能结构。研究人员说，这种 EPLM 结合了生物体的特征和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂，生产植物代谢物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员发现曲贝替定（trabectedin）绕过癌细胞DNA修复机制的方法

研究人员发现曲贝替定（trabectedin）绕过癌细胞DNA修复机制的方法 曲贝替定（Trabectedin）是一种抗癌药物，最初是从红树海鞘（Ecteinascidia turbitana）中分离出来的，已知会形成细胞毒性 DNA 加合物。它被用于治疗肉瘤和卵巢癌，与大多数抗肿瘤药物不同的是，它能在 DNA 修复活跃的细胞中充分发挥作用。资料来源：基础科学研究所这种方法包括选择与个体癌症独特属性精确匹配的药物。事实证明，精准医疗尤其有利于治疗那些已经发展到可以逃避常规治疗的癌症。曲贝替定（Trabectedin）是一种从红树海鞘（Ecteinascidia turbinata）中提取出来的药物，它在抗击对传统疗法有抗药性的癌症方面显示出了潜力。然而，它的确切作用机制一直难以捉摸直到现在。韩国基础科学研究所基因组完整性中心的 Son Kook 博士和 Orlando D. Scharer 教授与瑞士苏黎世联邦理工学院的 Vakil Takhaveev 博士和 Shana Sturla 教授通力合作，终于揭开了这种神秘化合物的神秘面纱。利用高灵敏度的高通量 COMET 芯片检测细胞基因组中形成的断裂，IBS 的研究人员揭示了曲贝替定（trabectedin）会诱导癌细胞 DNA 中的持续断裂。研究人员发现，这些DNA断裂只在具有高水平DNA修复能力的细胞中形成，特别是那些运行一种称为转录偶联核苷酸切除修复（TC-NER）途径的细胞。TC-NER是一种重要机制，可在转录过程中识别DNA损伤，启动涉及两种内切酶ERCC1-XPF和XPG的修复过程。曲贝替定（Trabectedin）的DNA损伤会破坏这一过程，它允许ERCC1-XPF进行初始切割，但会阻断XPG的后续作用，从而停止TC-NER过程。这种修复过程的中断会导致持久的 DNA 断裂，最终杀死癌细胞。COMET Chip 检测法用于测量细胞中曲贝替定（Trabectedin）诱导的断裂。每个绿点代表一个细胞核，尾部长度和从每个细胞核出现的尾部（彗星）中总 DNA 的比例与形成的断裂数量成正比。紫外线处理后（左图），由于核苷酸切除修复（NER）将紫外线损伤从 DNA 中切除，因此几乎看不到断裂。使用曲贝替定（中间）处理后，由于 NER 反应失败，DNA 断裂持续存在。断裂依赖于 NER，因为在 XPF 基因失活的 TC-NER 缺陷细胞（右）中不会出现断裂。资料来源：基础科学研究所对曲贝替定（Trabectedin）诱导的DNA断裂模式的分析表明，断裂在整个基因组中都有形成，但只在发生活跃转录和TC-NER的位点上形成。利用对DNA断裂累积机制的这一新认识，研究人员试图确定这些断裂发生在基因组的哪个位置。由此，研究人员开发出了一种名为 TRABI-Seq（TRABectedin-Induced break sequencing）的新方法，它可以精确地识别肿瘤细胞 DNA 中曲贝替定的作用位点。Son博士解释说："ERCC1-XPF的这一切口在DNA中产生了一个可标记的游离羟基，使我们能够对DNA进行测序并定位这些断裂。"目前研究人员正在对各种癌细胞进行 TRABI-Seq 测试，以确定曲贝替定（Trabectedin）对具有高级 DNA 修复能力的肿瘤的疗效，这些肿瘤往往与癌基因激活导致的转录水平升高有关。这些发现将有助于把曲贝替尼定位为识别易受影响癌症的预测性标记物和精准治疗的治疗选择。由于曲贝替定能够靶向对传统疗法产生抗药性的肿瘤，它可能会为抗击具有高度活跃的DNA修复能力的耐药性癌症带来更多希望。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现癌细胞如何相互拉扯决定了癌症是否扩散

研究发现癌细胞如何相互拉扯决定了癌症是否扩散 在今天发表于 AIP 出版社《APL 生物工程》（APL Bioengineering）上的一篇论文中，来自德国和西班牙的研究小组利用乳腺癌细胞系面板以及乳腺癌和宫颈癌患者的原发肿瘤外植体，研究了两种不同的细胞收缩力模式：一种是产生集体组织表面张力，使细胞簇保持紧凑；另一种是更具方向性的收缩力，使细胞能够将自身拉入 ECM。"我们重点研究了两个参数，即细胞拉扯 ECM 纤维并产生牵引力的能力，以及细胞相互拉扯从而产生高组织表面张力的能力，"作者 Eliane Blauth 说。"我们将每种特性与不同的收缩机制联系起来，并询问它们如何与癌细胞逃逸和肿瘤侵袭性联系起来"。胶原蛋白网络上的两个恶性混合穆勒氏瘤外植体。两块瘤体都粘附在胶原蛋白网络上，并开始拉扯胶原蛋白纤维，这促使胶原蛋白发生广泛的位移和排列，同时也导致了以应力纤维收缩能力为主的细胞逃逸。这两块胶原尖锐而光滑的边界结构进一步表明，组织表面张力很强，阻碍了皮质收缩力占优势的细胞逃逸。资料来源：Steffen Grosser、Frank Sauer 和 Eliane Blauth研究小组发现，更具侵袭性的细胞对 ECM 的拉力比对自身的拉力更大，而非侵袭性细胞对自身的拉力比对 ECM 的拉力更大不同的拉力行为归因于细胞内不同的肌动蛋白细胞骨架结构。侵袭性细胞主要使用肌动蛋白应力纤维横跨细胞的粗大肌动蛋白束对周围环境产生拉力，而非侵袭性细胞则通过其肌动蛋白皮层细胞膜正下方的薄网络产生拉力。研究表明，决定细胞逃逸潜力的不是这些收缩模式的总体大小，而是它们之间的相互作用。仅用中度侵袭性细胞进行的实验表明，这些细胞对 ECM 纤维产生的总作用力与非侵袭性细胞相当，但它们仍能脱离并侵袭 ECM，这是非侵袭性细胞无法做到的。"非侵袭性细胞仍具有较高的皮质收缩力，使它们保持在一起，而中度侵袭性细胞的皮质收缩力几乎消失，"布劳特说。"因此，尽管它们对 ECM 纤维的拉力要弱得多，但对它们的牵制作用并不大。"研究小组对来自患者的重要肿瘤外植体进行的测量证实了他们在细胞系实验中的发现。在这里，具有高皮质收缩性的细胞数量在肿瘤发展过程中有所减少。"这进一步表明，随着肿瘤的生长，细胞相互拉扯并将自身聚集在一起的能力会变弱，从而可能增加转移风险"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：