네이처(Nature)에 게재된 절강대학교의 블록버스터 연구: 인간은 또한 노화된 세포를 젊어지게 하기 위해 '광합성'을 할 수 있습니다

인간 세포도 식물처럼 광합성을 할 수 있다고 생각한 적이 있나요?

시금치에서 추출한 "생물학적 배터리" 틸라코이드는 동물 세포가 광합성을 통해 에너지를 얻도록 하여 세포의 노화와 퇴행을 젊어지게 하고 역전시킵니다.

이것은 환상이 아니라 저장대학교 연구팀의 최신 연구 결과입니다.

최근 절강대학교 의과대학 산하 쇼병원 정형외과 Lin Xianfeng 박사와 Fan Shunwu 교수팀, 저장대학교 화학과 Tang Ruikang 교수팀이 '광합성 기능이 있는 바이오배터리' 추출에 성공 - 시금치의 틸라코이드.

나노 크기의 틸라코이드 외층에 동물 세포막을 위장하여 포장함으로써 최초로 식물 틸라코이드를 동물의 노화 및 질병 세포에 종간 전달하여 동물 세포도 식물의 힘을 갖게 되었습니다. 광합성.

실험 교류 중 Lin Xianfeng(왼쪽)과 Chen Pengfei(오른쪽)(출처: Zhejiang University)

베이징 시간 12월 8일, 이 독창적인 과학 연구 결과는 top International에서 발표되었습니다. 저널 "Nature" 매거진은 이를 긴 기사 형태로 출판합니다.

논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y

참고로 이 연구팀의 최고령자는 고작 34세입니다. 나이는 막내로 26세로 꽤 젊고 유망하다고 할 수 있다.

'네이처' 잡지의 선임 편집자와 평론가들도 절강대학교 연구팀의 최신 연구 결과를 다음과 같이 높이 평가했습니다. 세포에 에너지를 공급하여 대사공학의 가능성을 열어줍니다.

이 연구가 어떻게 부패를 마법으로 바꾸는지 살펴보겠습니다.

동물 세포를 재충전하는 방법

불충분한 세포내 동화작용은 신체의 많은 병리학적 과정을 일으키는 핵심 요소이며, 세포내 물질의 동화작용에는 충분한 세포내 에너지의 소비와 환원당량의 생산이 필요합니다.

ATP는 세포 생물학적 과정의 "에너지 통화" 역할을 하며, 환원된 형태의 NADPH는 동화작용에 환원력을 제공하는 주요 전자 기증자입니다.

그러나 병리학적 상태에서는 손상된 세포의 동화작용을 교정하고 부족한 ATP 및 NADPH 수준을 최적의 농도로 높이는 것이 어렵습니다.

그러므로 동물세포를 '충전'하기 위한 첫 번째 단계는 배터리를 찾는 것입니다.

그래서 Lin Xianfeng은 다음과 같은 아이디어를 내놓았습니다. "세포에서 ATP와 NADPH를 제어 가능하게 생성하는 "충전" 장치를 설계할 수 있습니까? "

사진은 본 연구의 작용 메커니즘을 보여줍니다. (출처: 절강대학교)

이때 Tang Ruikang 팀의 화학 생물학 연구 아이디어와 인공 소기관의 개념이 공개되었습니다. 연구의 새로운 방향을 정한 그들은 또한 자연에도 관심을 돌렸습니다.

자연에서 식물과 동물은 완벽한 상호 보완 관계를 형성합니다. 식물은 이산화탄소를 흡수하여 산소와 당분을 생산하는 반면, 동물은 그 반대입니다.

그래서 그들은 이렇게 생각했습니다.

식물의 에너지 공급 시스템이 동물 세포의 에너지 보충을 위한 "생물학적 배터리"가 될 수 있도록 광합성 소기관을 이식함으로써 이러한 거시적 보완 관계를 세포 수준으로 확장할 수 있을까요?

최종적으로 연구팀은 엽록체의 에너지 공급 소기관인 틸라코이드를 '생물학적 배터리'의 원료로 선택하고, 시금치 추출물의 정제를 통해 틸라코이드를 획득했습니다.

엽록체의 틸라코이드 막은 광합성의 광반응 단계가 있는 곳입니다(출처: Zhejiang University)

The Paper에 따르면 Fan Shunwu는 다음과 같이 농담했습니다.

Everyone We 모두 가지고 있다 만화 '뽀빠이'를 봤는데 시금치를 먹으면 힘이 많이 나거든요. 시금치는 시중에서 가장 푸른 채소이기도 해서 시금치를 선택했어요.

이제 에너지를 보충하는 배터리가 있는데, 셀 충전을 위한 인터페이스는 어디에 있나요? 틸라코이드를 동물의 노화되고 퇴화된 세포에 안전하고 정확하게 전달하는 방법은 본 연구의 두 번째 과제입니다.

Lin Xianfeng은 인체에는 복잡한 면역 체계가 있다고 설명했습니다. 주로 대식세포를 비롯한 다양한 면역 세포가 이물질을 적극적으로 식별하고 식균한 다음 리소좀을 통해 이물질을 분해하고 소화하여

" 전달합니다. 식물 재료를 동물 세포로 바꾸려면 모든 걸 숨겨야 해요."

팀원 Chen Pengfei는 처음에 리포솜 캡슐화 등 다양한 전달 방법을 시도했지만 결과는 만족스럽지 않았습니다.

어느 날 그는 수용 세포의 세포막을 운반체로 사용할 수 있지 않을까 생각했습니다.

상동 표적화 원리를 활용하여 세포가 우리가 전달하는 틸라코이드가 '우리 자신의 것'이라고 생각하게 함으로써 체내 면역 거부 반응을 방지하고 나노 식물 틸라코이드의 국경 간 세포 이식을 실현합니다.

지속적인 탐색과 탐색 끝에 연구팀은 나노틸라코이드를 세포막으로 위장하고 나노틸라코이드의 세포 내 전달에 성공했습니다.

절강대학교 Shaw 병원 생의학 연구 센터의 연구팀 구성원이자 저명한 연구원인 Liu Xin은 다음과 같이 말했습니다. 전달 다양한 세포내이입 억제 실험을 통해 동물세포가 더 이상 '이물질'인 나노틸라코이드를 제거하지 않고 일부가 되는 것을 반복적으로 확인했습니다.

연골세포의 기능을 회복하기 위해 연구팀은 새롭게 떠오르는 세포막 나노 코팅 기술을 채택했습니다.

생쥐의 연골 세포막을 이용해 나노 크기의 틸라코이드를 캡슐화하고 손상된 연골 부위에 주입합니다.

이때 틸라코이드는 아직 '잠자기 상태'에 있으며, '틸라코이드를 깨우는' 방법은 자연스럽게 가벼운 자극을 가하는 것입니다.

연골세포의 빛 자극 모식도(출처: 절강대학교)

외부 광선이 마우스의 피부를 관통하여 연골세포 내부에 도달합니다. 틸라코이드는 ATP와 NADPH를 작동하고 생산하기 시작합니다.

빛 자극은 연골 세포의 ATP 및 NADPH 수준을 크게 증가시키고 노화 세포의 동화 작용도 회복시킵니다.

더 중요한 것은 쥐의 관절 건강이 크게 개선되었다는 것입니다.

일반적인 관절 건강 수준 평가 방법에 따르면 점수가 5점인 쥐는 치료를 통해 1.5점의 상태로 돌아갈 수 있으며(점수가 높을수록 관절염이 심함) 연골 세포 상태도 60세는 20세로 돌아간다.

연구 결과에 따르면 광 조사와 결합된 CM-NTU 치료는 수술 후 8주 및 12주에 연골 파괴(사프라닌-O 염색으로 평가)를 크게 감소시키는 것으로 나타났으며(그림 5b), 국제 골관절염 연구 협회(OARSI)의 평가에서도 이를 확인했습니다. 결과.

ACLT를 받고 CM-NTU와 빛으로 치료받은 생쥐는 ACLT 대조군에 비해 점수가 현저히 낮았습니다(수술 후 8주와 12주에 각각 1.45와 1.81).

발명특허가 제출되어 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상됩니다

The Paper에 따르면, 연구팀은 1년 이상의 실험과 분석 끝에 나노틸라코이드가 여전히 동물 세포에 들어간 후에도 광합성에 필요한 단백질 및 기타 기능성 단량체가 틸라코이드에 남아 있습니다.

즉, 체내에서 충분한 작용 시간과 분해 안정성을 유지하고, 충분한 양의 ATP와 NADPH의 생산을 보장하여 병든 세포의 대사 상태를 체계적으로 역전시킵니다.

Lin Xianfeng은 다음과 같이 말했습니다:

우리는 먼저 골관절염 치료의 획기적인 발전을 모색합니다. 골관절염은 현재 임상 기형 및 장애의 주요 원인 중 하나입니다. 이는 바로 연골 세포의 에너지 대사 불균형 때문입니다. ATP와 NADPH가 고갈되면 관절 연골이 파괴됩니다.

Fan Shunwu는 인터뷰에서 팀이 동시에 발명 특허를 제출하고 제품 변형을 시작했다고 말했습니다.

주요원료가 천연식물에서 유래되어 안전성이 매우 높기 때문에 세포막 나노코팅 기술은 가까운 미래에 이 기술이 적용될 것으로 예상됩니다. 많은 분야에서.

논문 검토 전문가인 Francisco Cejudo 교수는 다음과 같이 믿습니다.

이 연구에서 뛰어난 점은 연구팀이 식물 미생물을 포유류 세포에 성공적으로 이식했다는 것입니다.

식물 광합성 시스템을 활용하여 빛 에너지 의존 방식으로 포유동물 세포에 ATP와 NADPH를 특별히 공급하는 이 기술은 대사공학의 가능성을 열어주는 흥미로운 성과입니다.

위 내용은 네이처(Nature)에 게재된 절강대학교의 블록버스터 연구: 인간은 또한 노화된 세포를 젊어지게 하기 위해 '광합성'을 할 수 있습니다의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!