北京
中国网/中国发展门户网讯 （记者 王振红） 天然细胞有对称和不对称两种分裂方式，其中不对称分裂是将一个细胞分裂成两个不同“身份”的子细胞，例如干细胞分裂成一个新的干细胞和一个分化后的功能细胞，是生命体实现细胞分化、器官发育、功能多样化的重要基础。因此构建能够模拟天然细胞分裂行为的人工细胞，是合成生命研究的重要目标。然而，现有人工细胞缺少天然细胞内部的复杂结构域边界和拓扑缺陷，难以实现类似天然细胞“一个变两个且两个不一样”的不对称分裂，成为合成生命领域长期面临的重要挑战。
针对这一难题，中国科学院化学研究所乔燕、王树合作团队联合国内外科学家，提出了一种基于瞬态化学不均匀性和界面能梯度诱发人工细胞不对称分裂的全新策略：通过生化分子在人工细胞界面的受限扩散与动态富集，形成局部、瞬态的化学不均匀性，在体系内部建立定向的化学势与界面能梯度，从而诱导其内部结构沿特定方向发生选择性失稳与剥离。
基于这一策略，研究团队设计了一种层状液晶液滴结构的特殊人工细胞模型，其内部天然存在拓扑缺陷和潜在结构边界，为人工细胞的不对称分裂提供了关键结构基础。
北京时间5月13日，团队在国际学术期刊《自然》（Nature）上发表了实现人工细胞形态功能不对称分裂的突破性研究成果。
图为结构化液滴人工细胞的不对称分裂。
这项研究首次证明，人工细胞可以在没有外部复杂操控的情况下完成不对称分裂，并产生功能不同的子代。这为理解生命起源时期原始细胞的形成与类生命功能涌现提供了一个新的实验模型，也为生物制造前沿领域开辟了新方向。《自然》审稿人对此评价道：作者在简单的软物质体系中发现了一种非同寻常的动态转变，极具视觉冲击力，并能够引起脂质分子自组装、非平衡化学及人工细胞研究等多个交叉学科领域的浓厚兴趣。
图为多个人工细胞的不对称分裂。
乔燕研究员表示：“我们的研究揭示了一种人工细胞不对称分裂的全新机制。这不仅为理解类生命功能涌现与原始生命的形成提供了新的实验模型，也为设计生物制造开辟了新的思路。不对称分裂的实现有望推动构建具有生命特征的人工细胞群体，实现子代细胞之间的功能分化与代际传递。”
图为单个人工细胞的不对称分裂。
研究团队表示，目前人工细胞还无法像天然细胞一样持续分裂和稳定传代。下一步，研究人员将进一步探索如何赋予人工细胞类似天然细胞的多代增殖能力，并将其与基因表达、代谢反应等功能模块结合。这也将成为未来合成生命领域研究的重要方向。
王树研究员认为，随着化学、材料科学和合成生物学等领域的不断交叉发展，人类距离“从零构建”具备生命基本特征的人工细胞系统越来越近。这不仅有望加深人们对生命起源与演化规律的理解，也将在生物制造、生物医药、智能生物传感，以及新型功能材料开发等前沿领域展现广阔应用前景。
该成果论文的共同第一作者为孟何、贾丽艳，通讯作者为化学研究所乔燕研究员、王树研究员，北京化工大学林艺扬教授和英国布里斯托大学Stephen Mann（斯蒂芬·曼恩）教授。
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