近日，美国加州大学圣地亚哥分校的科研团队取得一项突破性进展：他们利用非生物化学物质构建出具有完整代谢循环的合成膜系统，这一成果不仅为探索生命起源提供了新视角，更为生物技术领域的细胞存储、人工细胞应用等方向开辟了新路径。
合成膜系统：重现细胞代谢的“人工细胞”
在生命体中，细胞膜绝非简单的防护屏障，它兼具环境感知、物质运输、动态适应等多重功能。这种被称为“膜可塑性”的特性，依赖于能量驱动的化学反应网络——也就是代谢过程，细胞通过分解与重建分子维持自身活性。
数十年来，科学家们一直致力于构建能模拟天然细胞膜功能的合成结构，却始终难以突破“代谢”这一关键瓶颈。此前的人工膜虽能形成类似细胞的结构，却因缺乏合成与分解的循环过程，沦为“无生命的空壳”。
而此次加州大学团队研发的系统实现了质的突破。研究团队以尼尔・德瓦拉杰为核心，构建出一套非生物脂质代谢网络：他们不依赖生物酶，而是通过非生物化学物质激活脂肪酸，这些激活后的脂肪酸与溶血磷脂结合形成磷脂分子，进而自组装成类似天然细胞膜的结构。
更关键的是，这套系统并非止步于膜的形成。随着时间推移，磷脂会分解为初始成分，补充化学“燃料”后，整个过程又能重复进行——这种合成与分解的循环，完美模拟了活细胞的代谢过程。
为驱动这一循环，研究人员采用了一种名为NHS酯的化合物。它能将两条脂质链连接起来，但设计上具有不稳定性：在水中会发生水解，使连接逐渐断裂；而添加新的激活剂后，化学键又能重新形成，从而完成代谢循环，让人工膜具备了类似活细胞的适应与变化能力。
技术启示：从生命起源到生物技术应用
这项研究的价值远超合成膜本身。从基础科学角度，它为探索生命起源提供了新线索——早期地球可能正是通过类似的非生物化学反应，逐步形成了具有代谢能力的原始膜结构，为生命诞生奠定基础。
在应用层面，其意义更为深远。例如在药物递送领域，具备代谢能力的合成膜可根据环境动态调整结构，精准释放药物；在biosensors领域，这种动态响应特性能提升检测灵敏度。
而对于细胞存储领域而言，这一成果同样带来重要启发。目前，细胞存储液氮罐作为生物样本长期保存的核心设备，其设计核心在于通过-196℃超低温环境抑制细胞代谢，维持样本活性。而合成膜的代谢循环研究，或将推动细胞存储技术向“动态调控”升级——未来或许能结合液相液氮罐的深低温特性，在存储过程中通过特定化学信号微调代谢状态，进一步提升细胞复苏存活率。
同时，液氮存储系统也能为合成细胞研究提供稳定的实验基础。例如，通过保存不同阶段的合成膜样本，可精准追踪其代谢循环的长期变化，为优化人工细胞结构提供数据支持。
未来展望：跨领域融合的技术潜力
随着合成生物学与低温存储技术的不断发展，合成膜的代谢循环系统与细胞存储液氮罐的结合，可能催生出更多创新应用。比如在细胞治疗领域，可利用合成膜包裹治疗细胞，通过液氮长期冻存，复苏时再通过代谢调控激活其功能，提升治疗效果。
这项研究证明，即使是最基础的生命过程，也能通过人工手段重现。而当这种“人工代谢”能力与细胞存储液氮罐等成熟技术结合，或将为生物技术行业带来前所未有的突破，推动医疗、生物研究等领域迈向新高度。
来源：thebrighterside.news
