我国科研人员成功从菠菜中提取具有光合作用的“生物电池”——类囊体，并通过精密制备技术，将植物的类囊体跨物种递送到动物衰老病变的细胞内，让动物细胞也拥有植物光合作用的能量，以此敲开逆转细胞退变衰老的“时光之门”。
12月8日，这项科研成果论文刊登在国际期刊《自然》上。该研究由浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科林贤丰医师、范顺武教授团队与浙江大学化学系唐睿康教授团队共同完成。
据介绍，该研究最令人兴奋之处在于，团队开发细胞膜纳米涂层技术，将哺乳动物细胞膜包覆在纳米化植物类囊体外层，通过细胞膜伪装包封的方式，巧妙地将植物类囊体种间移植到哺乳动物细胞内，成功解锁跨物种间的能量传递“密码”，实现特异性供应能量，并在退行性骨关节炎疾病的治疗应用中得以验证。越来越多的研究发现，动物细胞能量不足是组织衰老和退行性疾病发生发展的关键原因。细胞更新代谢也需要能量和物质补给，而腺嘌呤核苷三磷酸和还原型辅酶ⅱ是细胞再生修复不可或缺的能量和物质。
自然界中，植物和动物形成了完美的互补关系，植物通过吸收二氧化碳产生氧气和糖，而动物恰恰相反。是否能将这种宏观的互补关系延伸至细胞层面，让植物的能量供应系统成为动物细胞补给能量的“生物电池”？植物已经进化出了一个近乎完美的能量供应细胞器——类囊体，这是一个可控、稳定生成腺嘌呤核苷三磷酸和还原型辅酶ⅱ的能量工厂。
研究团队选择菠菜作为原材料，经过不懈努力，成功提取并纯化了菠菜绿叶中的类囊体组分。如何将类囊体安全、精准地递送到动物的衰老退变细胞内，成为限制研究团队在医疗领域应用的巨大难题。长久以来，跨物种递送生物活性组分研究进展缓慢。尤其是人体拥有一套复杂的免疫系统，以巨噬细胞为主的各类免疫细胞会对异物进行主动识别和吞噬清除，进而通过溶酶体降解消化。
如何才能突破物种间的屏障？经过一番摸索，团队成功用经哺乳动物细胞膜“伪装”了的纳米类囊体，瞒天过海，实现了纳米类囊体的胞内递送。“外源生物材料从溶酶体逃离是实现成功递送的重要环节，我们通过多种胞吞抑制实验反复验证了动物细胞不再将纳米类囊体作为‘异物’进行清除，从而使其成为它的一部分。”研究团队成员、浙大邵逸夫医院生物医学研究中心特聘研究员刘欣介绍。
团队通过多种跨学科技术手段的验证，在经历了一年多的扎实实验和测试分析后，验证了纳米化的类囊体可以保留类囊体上光合作用所需的蛋白和其他功能单体，保持足够的作用时间和降解稳定性，并保证足量的腺嘌呤核苷三磷酸和还原型辅酶ⅱ的产生，从而系统性地逆转病变细胞代谢状态。为了检验这类“生物电池”是否能逆转病变细胞代谢状态，团队首先选择骨关节炎的疾病模型对这类“生物电池”进行概念性验证。
骨关节炎是由于软骨细胞的能量代谢失衡，腺嘌呤核苷三磷酸、还原型辅酶ⅱ耗竭而导致关节软骨破坏。目前，骨关节炎的生物治疗还无法系统性地纠正损伤退变软骨细胞的代谢失衡，因此临床预后不佳。范顺武带领科研团队历经1年多时间，不断寻求各种跨学科的技术手段，系统地验证了软骨细胞膜包封的纳米类囊体不仅可以有效地逃避免疫系统清除，同时还能够被退变的软骨细胞选择性摄取。
通过体外无创化光照治疗，实现精确提升退变软骨细胞内的腺嘌呤核苷三磷酸、还原型辅酶ⅱ水平并能维持足够的“续航”能力，从而重塑软骨细胞的合成代谢，实现退行性骨关节炎疾病的治疗。