中国科学院化学研究所的科研团队在人工细胞研究领域取得突破性进展,首次实现了人工细胞的形态功能不对称分裂。相关成果发表于国际顶级学术期刊《自然》,引发跨学科领域广泛关注。这一发现为理解生命起源提供了新视角,同时为生物制造与医疗应用开辟了新路径。
研究团队通过化学信号精准调控,成功诱导直径仅几微米的洋葱状液滴完成不对称分裂。该过程始于液滴表面凹陷形成"小窝",随后子代细胞从凹陷处挤出,最终母细胞恢复完整球壳结构,形成两个形态功能迥异的子代。这一现象与天然细胞中干细胞分化机制高度相似,但此前在人工细胞领域尚未被实现。
传统人工细胞研究多聚焦于对称分裂,即母细胞分裂为两个完全相同的子代。而不对称分裂作为细胞分化的基础,在天然生物体系中普遍存在,却在人工合成领域长期面临技术瓶颈。研究团队历时五年攻克关键难题,通过优化液晶结构与反应条件,使瞬态分裂过程实现可视化记录。博士生孟何回忆称,首次完整捕捉分裂画面时,团队经历了从兴奋到困惑的转折,最终通过对照实验锁定液晶拓扑缺陷与电荷扰动为关键机制。
该成果在多领域展现出应用潜力。在生命起源研究方面,支持了"无膜细胞器可能是生命演化遗迹"的假说,暗示早期地球的简单凝聚液滴可能通过类似机制逐步发展出复杂细胞结构。生物制造领域,人工细胞可作为合成平台,通过结合化学与生物催化优势,提升药物等复杂分子的定向合成效率。医疗应用方面,研究团队正探索利用人工细胞构建均一稳定的人工组织,用于椎间盘修复与药物筛选,解决现有类器官批次差异大的难题。
针对极端环境应用,科研人员设计出具备合成功能的人工细胞体系,并嵌入"自毁开关"防止生物污染。这种适应性使其在深空探测、深海作业等天然细胞难以生存的场景中具有独特优势。中国科学院化学研究所研究员邱东指出,人工细胞体系有望突破传统生物制造的局限性,为复杂分子合成提供新范式。
该突破得益于研究所近年来在交叉学科领域的战略布局。通过成立化学与生命健康交叉中心,搭建跨学科交流平台,不同领域青年科学家得以碰撞出创新火花。研究团队负责人王树表示,从基础理论到技术突破的转化,是长期积累、平台支撑与人才集聚共同作用的结果。《自然》期刊审稿人评价称,这项研究在软物质体系中发现了极具视觉冲击力的动态转变,为脂质分子自组装、非平衡化学等前沿领域带来新的研究启发。











