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“TOP大学来了”小编按，12月8日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科林贤丰医师、范顺武教授与浙江大学化学系唐睿康教授作为论文的共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》发表题为 “A plant-derived natural photosynthetic system for improving cell anabolism”的研究论文。该论文第一作者为浙江大学医学院附属邵逸夫医院陈鹏飞博士、刘欣特聘研究员和顾辰辉博士生。浙江大学为本文的第一单位。
研究团队成功从菠菜中提取了具有光合作用的“生物电池”——类囊体，并通过精密的制备技术，在国际上首次实现植物的类囊体跨物种递送到动物体衰老病变的细胞内，让动物细胞也拥有植物光合作用的能量，以此敲开逆转细胞退变衰老的“时光之门”。
浙大团队首次实现跨物种递送，完美再生修复不是梦
补给能量的“电池”就绪，“接口”在哪？如何将类囊体安全、精准地递送到动物的衰老退变细胞内，又成为了限制研究团队向医疗领域应用的巨大难题。 长久以来，跨物种递送生物活性组分研究进展缓慢。尤其是人体拥有一套复杂的免疫系统，以巨噬细胞为主的各类免疫细胞会对异物进行主动识别和吞噬清除，进而再通过溶酶体降解消化异物。
林贤丰（左）和陈鹏飞（右）在实验交流中
如何才能克服物种间的屏障？团队成员陈鹏飞尝试了脂质体包载等多种递送方法，但始终没有取得预期的理想效果。“用细胞自己的细胞膜来包载怎么样？利用同源靶向作用原理，让细胞以为我们所递送的类囊体是‘自己人’，从而避免体内的免疫排斥，实现细胞跨界移植纳米植物类囊体。”
大胆假设，小心求证，在范顺武、唐睿康的不断鼓励下，在林贤丰的启发下，经过一番摸索，团队成功用细胞膜“伪装”了纳米类囊体“瞒天过海”，实现了纳米类囊体的胞内递送。
“外源生物材料从溶酶体逃离是实现成功递送的重要环节，我们通过多种胞吞抑制试验反复验证了动物细胞不再将纳米类囊体作为‘异物’进行清除，从而使其成为它的一部分。”刘欣补充道，这也就意味着，研究团队掌握了延缓动物细胞退变衰老的“黑科技”。
本研究作用机制示意图
纳米类囊体在细胞内具体发挥了怎样的关键性作用？在这一研究成果发表的过程中，四位来自生物材料、细胞代谢、临床医学等学科的国际顶尖审稿人围绕这一核心问题向团队提出了一系列建议和改进。
团队通过多种跨学科技术手段的验证，在经历了一年多的扎实实验和测试分析后，验证了纳米化的类囊体可以保留类囊体上光合作用所需的蛋白和其他功能单体，保持足够的作用时间和降解稳定性，并保证足量的ATP和NADPH的产生，从而系统性地逆转病变细胞代谢状态。“验证过程涉及到精细的建模和计算，特别是对于分析ATP和NADPH的产量和其确切作用浓度水平，让我们对研究成果有了全新认识。”顾辰辉说。
这种令人振奋的纳米类囊体“黑科技”在体内到底能够发挥多大的作用？这是整个审稿过程中，不同学科领域的国际顶尖审稿人最关心的问题。
为了检验这类“生物电池”是否能逆转病变细胞代谢状态，团队首先选择了骨关节炎的疾病模型对这类“生物电池”进行“概念性验证”。骨关节炎是目前临床上致畸致残的最主要原因之一，正是由于软骨细胞的能量代谢失衡，ATP、NADPH耗竭而导致关节软骨破坏。目前骨关节炎的生物治疗还无法系统性地纠正损伤退变软骨细胞的代谢失衡，因此临床预后不佳。
范顺武带领科研团队历经一年多的时间，不断寻求各种跨学科的技术手段，系统地验证了软骨细胞膜包封的纳米类囊体不仅可以有效地逃避免疫系统清除，同时还能够被退变的软骨细胞选择性摄取。通过体外无创化光照治疗，实现精确增强退变软骨细胞内的ATP、NADPH水平并能维持足够的“续航”能力，从而重塑软骨细胞的合成代谢，实现退行性骨关节炎疾病的治疗。
光照刺激软骨细胞示意图
编辑、审核：大可
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