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研究作用機(jī)制示意圖 本文圖均由浙大邵逸夫醫(yī)院提供

從菠菜中提取具有光合作用的“生物電池”類囊體，將動物細(xì)胞膜包裹于納米化類囊體外層做“偽裝”，再跨界傳遞到哺乳動物衰老病變的細(xì)胞內(nèi)，讓動物細(xì)胞也通過光合作用獲取能量，從衰老退變的狀態(tài)重新變年輕——這不是科幻片，而是最新發(fā)布于國際頂級期刊《自然》（Nature）雜志的科研成果。
北京時(shí)間12月8日，這項(xiàng)由浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院和浙江大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的原創(chuàng)性科研成果論文《基于植物來源的天然光合作用系統(tǒng)增強(qiáng)細(xì)胞合成代謝》（A plant-derived natural photosynthetic system for improving cell anabolism）在《自然》雜志以長文（Article）形式刊登。

該論文已在最新一期《自然》雜志刊發(fā)

“遵循自然規(guī)律、創(chuàng)新性突破向細(xì)胞輸送能量的世界難題、開辟了代謝工程的可能性……”《自然》雜志一位資深編輯和審稿人對這項(xiàng)最新研究成果給予高度評價(jià)。
“我們在小鼠的退化關(guān)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)治療幾周時(shí)間后，原本相當(dāng)于人類60歲狀態(tài)的衰老退變軟骨恢復(fù)到20歲水平?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、浙大邵逸夫醫(yī)院骨科主任范順武教授向澎湃新聞（www.thepaper.cn)表示，這項(xiàng)研究的原材料源于天然植物，安全性高，未來有望在腦部、肌肉、器官、皮膚等多部位運(yùn)用。
大力水手吃菠菜，“我們就選了菠菜”
該論文作者為浙大邵逸夫醫(yī)院陳鵬飛博士、劉欣特聘研究員和顧辰輝博士生；通訊作者是浙大邵逸夫醫(yī)院骨科林賢豐特聘研究員、范順武——這是個(gè)年輕的團(tuán)隊(duì)，年齡最大的34歲，最小的26歲。
他們做這項(xiàng)研究的前提是，隨著疾病研究的進(jìn)展，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，動物細(xì)胞能量不足是組織衰老和退行性疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵原因，ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）NADPH（還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）是兩種細(xì)胞再生修復(fù)不可或缺的成分。
“細(xì)胞更新代謝也需要能量，我們能否設(shè)計(jì)出一個(gè)‘電池’裝置，在細(xì)胞內(nèi)可控地產(chǎn)生ATP和NADPH？”在一次課題組頭腦風(fēng)暴中，林賢豐提出。
對于如何利用生物材料合成ATP和NADPH，科學(xué)家們已經(jīng)做出了巨大努力，但如何讓細(xì)胞“接受”這樣一種外來裝置，并精準(zhǔn)地調(diào)控ATP和NADPH的濃度一直是該領(lǐng)域的世界級難題。
浙大邵逸夫醫(yī)院的這群年輕人另辟蹊徑，把目光從生物材料轉(zhuǎn)向自然界。在自然界中，植物和動物形成了完美的互補(bǔ)關(guān)系，植物通過吸收二氧化碳產(chǎn)生氧氣和糖，而動物恰恰相反。是否能將這種宏觀的互補(bǔ)關(guān)系延伸至細(xì)胞層面，讓植物的能量供應(yīng)系統(tǒng)成為動物細(xì)胞補(bǔ)給能量的“生物電池”？
研究團(tuán)隊(duì)選擇將葉綠體中的能量供應(yīng)細(xì)胞器類囊體作為原材料。

研究人員從菠菜中提取類囊體

“大家都看過動畫片《大力水手》，一吃菠菜就變得力氣很大，而且菠菜也是菜市場中最綠的菜，我們就選了菠菜?！狈俄樜涓嬖V澎湃新聞，研究團(tuán)隊(duì)的第一步，就是成功提取并純化了菠菜綠葉中的類囊體組分。
給植物電池裹上“偽裝”避免排異
補(bǔ)給能量的“電池”就緒，“接口”在哪？如何將類囊體安全、精準(zhǔn)地遞送到動物的衰老退變細(xì)胞內(nèi)，是該研究的第二道難題。
林賢豐解釋，人體擁有一套復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，以巨噬細(xì)胞為主的各類免疫細(xì)胞會對異物進(jìn)行主動識別和吞噬清除，進(jìn)而再通過溶酶體降解消化異物，“要想把植物材料遞送到動物細(xì)胞內(nèi)，需要‘瞞天過?！薄?br/>團(tuán)隊(duì)成員陳鵬飛起初嘗試了脂質(zhì)體包載等多種遞送方法，但效果不理想。“用細(xì)胞自己的細(xì)胞膜來包載怎么樣？利用同源靶向作用原理，讓細(xì)胞以為我們所遞送的類囊體是‘自己人’，從而避免體內(nèi)的免疫排斥，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞跨界移植納米植物類囊體?！?/strong>直到有一天，他突發(fā)奇想。
經(jīng)過摸索，團(tuán)隊(duì)成功用細(xì)胞膜“偽裝”了納米類囊體“瞞天過?！?，實(shí)現(xiàn)了納米類囊體的胞內(nèi)遞送?！巴庠瓷锊牧蠌娜苊阁w逃離是實(shí)現(xiàn)成功遞送的重要環(huán)節(jié)，我們通過多種胞吞抑制試驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證了動物細(xì)胞不再將納米類囊體作為‘異物’進(jìn)行清除，而是成為它的一部分?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員、浙大邵逸夫醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)研究中心特聘研究員劉欣表示。
已遞交發(fā)明專利并著手產(chǎn)品轉(zhuǎn)化
澎湃新聞從該團(tuán)隊(duì)了解到，經(jīng)過一年多實(shí)驗(yàn)和分析，已經(jīng)驗(yàn)證納米類囊體進(jìn)入動物細(xì)胞后，仍可以保留類囊體上光合作用所需的蛋白和其他功能單體，在體內(nèi)保持足夠的作用時(shí)間和降解穩(wěn)定性，并保證足量的ATP和NADPH的產(chǎn)生，從而系統(tǒng)性地逆轉(zhuǎn)病變細(xì)胞代謝狀態(tài)。
“我們先在骨關(guān)節(jié)炎治療上尋找突破。骨關(guān)節(jié)炎是目前臨床上致畸致殘的最主要原因之一，正是由于軟骨細(xì)胞的能量代謝失衡，ATP、NADPH耗竭而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨破壞?！绷仲t豐表示。
范順武介紹，在實(shí)驗(yàn)過程中，團(tuán)隊(duì)將軟骨細(xì)胞膜包封的納米類囊體植入患有關(guān)節(jié)炎的小鼠關(guān)節(jié)上，再進(jìn)行無創(chuàng)化光照治療，重塑軟骨細(xì)胞的合成代謝，成功在幾周時(shí)間后將小鼠的退行性關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞恢復(fù)年輕。
“團(tuán)隊(duì)已經(jīng)同步遞交了發(fā)明專利并著手進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。因?yàn)殛P(guān)鍵原材料源于天然植物，安全性很高，細(xì)胞膜納米涂層技術(shù)具備規(guī)模化生產(chǎn)潛力，我相信在不久的將來，這一技術(shù)有望在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用?！狈俄樜湔J(rèn)為。

同期《自然》“研究簡報(bào)”對該論文進(jìn)行宣傳和評價(jià)

澎湃新聞了解到，同期《自然》“研究簡報(bào)（Research briefing）”欄目專門對該論文進(jìn)行宣傳和評價(jià)。論文評審專家Francisco Cejudo教授認(rèn)為：“這項(xiàng)工作的杰出之處在于研究團(tuán)隊(duì)成功地將植物‘微型細(xì)胞器’種間移植到了哺乳動物細(xì)胞。利用植物光合作用系統(tǒng)以依賴光能的方式在哺乳動物細(xì)胞中特異性供應(yīng)ATP和NADPH的這一技術(shù)，是一項(xiàng)令人興奮的成就，它開辟了代謝工程的可能性?！?/p>