新的研究表明，細胞大小和細胞膜可能在調(diào)節(jié)細胞內(nèi)分子的分布方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)提供了一種新的非常規(guī)方法，通過人工細胞的大小和界面特性或它們的邊界來操縱人造細胞，而不是通過對其化學結(jié)構(gòu)進行分子修飾。這可能有助于從化妝品到制藥等多個行業(yè)，這些行業(yè)希望避免其產(chǎn)品中人工細胞特性發(fā)生意外變化，例如在制造疫苗等新藥時。

圖解了兩種聚合物的分離。兩種聚合物(紅色和綠色)在試管和不同大小的人造細胞中的水溶液。溶液在試管中均勻混合，但在小型人造細胞中，溶液分成兩相。圖片來源：Yanagisawa等人。

然而，創(chuàng)建和操作這些細胞伴隨著許多挑戰(zhàn)。“最近，含有多組分分子溶液(或混合物)的人造細胞已被用于化妝品和藥品中。雖然這種溶液在試管中沒有分離，但有時會在人造細胞中分離，這對應用來說是有問題的，”東京大學藝術(shù)與科學研究生院副教授MihoYanagisawa解釋說。

這種分離稱為液-液相分離(LLPS)，已成為調(diào)節(jié)生物體生物活性的基本機制。然而，分離的生物分子的類型以及發(fā)生這種情況的條件尚未完全了解。這項發(fā)表在ACSMaterialsLetters上的最新研究提供了一些急需的見解。

“傳統(tǒng)上，分離條件和分離程度被認為與尺寸無關(guān)，只要容器尺寸約為1微米或微米(千分之一毫米)或更大，”Yanagisawa說。然而，這項研究的一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，人造細胞越小，分離發(fā)生的程度就越大。

2012年提出了細胞大小依賴行為的想法，但這種現(xiàn)象的細節(jié)仍不清楚。東京大學的研究小組使用不同大小的兩種聚合物液滴——短聚乙二醇(PEG)和長葡聚糖——在脂質(zhì)膜中的混合物中進行了多尺度實驗，以產(chǎn)生不同大小的人造細胞。

“從這些實驗中，我們意識到細胞膜感知分子之間的細微差異并選擇首選分子，這是細胞大小依賴性行為的起源。這是研究的主要高潮，”柳澤解釋道。“我們相信這一發(fā)現(xiàn)提供了一種通過人造細胞容器的空間大小和界面特性來操縱材料的新方法。通過操縱分子結(jié)構(gòu)，這種想法與傳統(tǒng)想法完全不同。”

那么接下來呢?Yanagisawa表示，“下一步主要有兩個方向：一個是對細胞大小空間對分子行為的影響的物理理解和表述;另一個是藥物和化妝品應用，使用考慮到細胞大小效應的人工細胞。”