植入“生物电池”人体可借光合作用修复受损细胞

人类借助光合作用修复身体机能不再只是梦想。学术期刊《自然》8日发表了浙江大学林险峰博士、邵逸夫医院骨科范顺武教授、化学系唐教授团队的最新成果——在国际上首次将植物类囊体导入动物衰老细胞，使动物细胞具备了植物光合作用的能量，应用于退行性骨关节炎的治疗，重塑软骨细胞的合成代谢。

动物细胞的能量不足是组织衰老和退行性疾病发生发展的关键原因，而三磷酸腺苷和还原型辅酶ⅱ(NADPH)是细胞再生和修复不可或缺的能量钱和物质钱。然而，向退化的细胞提供直接的能量和材料是一个很大的科学问题。

以骨关节炎为例，其临床畸形和致残的主要原因是软骨细胞能量代谢失衡，ATP和还原型辅酶ⅱ的耗竭导致关节软骨的破坏。目前骨关节炎的生物治疗不能系统地纠正受损和退变软骨细胞的代谢失衡，因此临床预后较差。

在自然界中，植物通过光合作用产生氧气和糖分，而动物则相反。这种宏观上的互补关系能否扩展到细胞层面，使植物的供能系统成为动物细胞供能的“生物电池”，ATP和还原型辅酶II的浓度可以精确调控？

“经过数十亿年的进化，植物供能的细胞器类囊体只是一个能量工厂，可以可控稳定地产生三磷酸腺苷和还原型辅酶II。”林险峰介绍，研究团队成功从菠菜绿叶中提取纯化了类囊体成分，作为跨物质供能的“电池”。

「电池」可用，如何安装？

长期以来，生物活性成分跨物种传递的研究进展缓慢。人体有复杂的免疫系统。各种免疫细胞，主要是巨噬细胞，会主动识别和吞噬异物，然后通过溶酶体降解和消化异物。

研究团队开发了细胞膜纳米包被技术，利用同源靶向的原理，将哺乳动物细胞膜包被在纳米类植物类囊体的外层，用一招避免体内免疫排斥，从而实现纳米类植物类囊体的跨界移植。

范顺武介绍，经过一年多的时间，研究团队系统验证了软骨细胞膜包裹的纳米胶囊不仅能有效逃脱免疫系统的清除，还能被退变的软骨细胞选择性摄取；通过体外无创光疗，可以精确提升退变软骨细胞中三磷酸腺苷和还原型辅酶II的水平，保持足够的“耐受”能力，实现对退行性骨关节炎的治疗。

评审专家认为:“利用植物光合作用系统，以依赖光能的方式，在哺乳动物细胞中特异性地供给ATP和还原型辅酶II，开辟了代谢工程的可能性。”

“这项研究的关键原料来自天然植物，生物安全性高，细胞膜纳米涂层技术具有大规模生产的潜力。”唐表示，这项创新技术有望在未来应用于医药、能源和材料等领域。目前，研究团队已同步提交发明专利，并开始产品转化。