細(xì)胞骨架與細(xì)胞膜及細(xì)胞器被認(rèn)為是細(xì)胞的三大重要組成部分。細(xì)胞骨架在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，變形及分化等許多活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。聚合物自組裝被廣泛應(yīng)用于仿細(xì)胞體系的構(gòu)建，然而相關(guān)研究主要集中于仿細(xì)胞膜及仿細(xì)胞器的構(gòu)筑，仿細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的報(bào)道相對(duì)較少。目前，有限的仿細(xì)胞骨架研究主要是利用囊泡包裹凝膠的方法來實(shí)現(xiàn)的。在細(xì)胞生物學(xué)研究中，主要有兩種模型來解釋細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)組裝過程：一種模型認(rèn)為細(xì)胞骨架是由細(xì)胞內(nèi)部向細(xì)胞膜延伸而成；而另一種模型認(rèn)為細(xì)胞骨架是從細(xì)胞膜朝向細(xì)胞內(nèi)部定向生長(zhǎng)而成。囊泡包裹凝膠方法可以歸為第一種模型，而基于第二種模型的人工細(xì)胞骨架體系至今未見報(bào)道。
最近，上海交通大學(xué)的周永豐教授課題組報(bào)道了一種制備人工細(xì)胞骨架的新方法，稱為膜綁定內(nèi)向生長(zhǎng)法(membrane-bound inward-growth)。該方法主要基于該課題組前期報(bào)道的乳液輔助的聚合誘導(dǎo)自組裝策略(Emulsion-assisted polymerization-induced self-assembly,簡(jiǎn)稱EAPISA)。在乳液界面先形成多孔膠囊，然后沿著膠囊孔道向內(nèi)定向生長(zhǎng)納米纖維，最終形成綁定在薄膜上的人工細(xì)胞骨架(membrane-bound artificial cytoskeleton)，如圖1。相比于文獻(xiàn)，該方法的特點(diǎn)之一在于所制備的人工細(xì)胞骨架是從膜上往內(nèi)生長(zhǎng)的，和天然細(xì)胞骨架形成的第二種模型一致；另一個(gè)特點(diǎn)在于所形成的仿細(xì)胞骨架不是無序的，是徑向取向生長(zhǎng)的，眾所周知，細(xì)胞骨架的有序性對(duì)細(xì)胞功能的表達(dá)具有重要意義。
圖1.人工細(xì)胞骨架自組裝過程示意圖及組裝體結(jié)構(gòu)表征 研究人員進(jìn)一步通過干態(tài)和液態(tài)法追蹤組裝中間體，闡明了人工細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，組裝過程先后經(jīng)歷了四個(gè)階段，即多孔膠囊，膠囊壁厚增加，納米纖維內(nèi)向生長(zhǎng)和人工細(xì)胞骨架完全形成，如圖2。因此，該過程被稱為膜綁定向內(nèi)生長(zhǎng)機(jī)理。 圖2.人工細(xì)胞骨架組裝機(jī)理研究 研究人員進(jìn)一步利用點(diǎn)擊共聚的方法，將動(dòng)態(tài)二硫鍵選擇性地整合到膜上或人工細(xì)胞骨架中，構(gòu)建了兩種不同的原型細(xì)胞模型(均質(zhì)原型細(xì)胞模型Homo-protocell及異質(zhì)原型細(xì)胞模型Hetero-protocell)，通過控制紫外光的開關(guān)，可以選擇性的實(shí)現(xiàn)膜和仿細(xì)胞骨架的解組裝，如圖3。 圖3. 兩種不同的原型細(xì)胞模型解組裝行為 該研究工作從形貌、生長(zhǎng)方式和選擇性解組裝角度模仿了天然細(xì)胞骨架的行為。而且得益于EAPISA中點(diǎn)擊化學(xué)和界面反應(yīng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，有望對(duì)組裝體的成分和功能實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間的控制，從而為更復(fù)雜的仿細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能研究提供了一種通用且可拓展的平臺(tái)。 論文信息 Membrane-Bound Inward-Growth of Artificial Cytoskeletons and Their Selective Disassembly Dr. Qingsong Xu, Shanlong Li, Meiwei Qi, Jing Gao, Chuanshuang Chen, Pei Huang, Yuling Wang, Prof.?Dr. Chunyang Yu, Wei Huang, Yongfeng Zhou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202204440
