微信微信官方账号“浙江大学”12月8日报道，菠菜因为大力水手的卡通形象，给很多70后、80后留下了深刻的童年记忆。如今，菠菜除了每天照常出现在我们的餐桌上，科学家们还真的赋予了它“无穷力量”的期待。邵逸夫医院骨科林险峰博士、范顺武教授和浙江大学化学系唐教授成功从菠菜中提取出——种具有光合作用的类囊体，并通过精密的制备技术，在国际上首次实现将植物类囊体跨物种输送到动物机体的衰老细胞中，使动物细胞也拥有了植物光合作用的能量，从而敲开了逆转细胞退化和衰老的“时间之门”。

北京时间12月8日，这一原创性科研成果被国际顶级期刊《自然》 (Nature)以长文形式发表。论文的第一作者是邵逸夫医院医生，著名研究员、刘鑫博士生顾。通讯作者为邵逸夫医院骨科杰出研究员/主治医师林险峰、浙江大学化学系范顺武教授及唐教授。

“遵循自然规律，创新性地突破了向细胞输送能量的世界难题，开启了代谢工程的可能性。”《自然》(自然)杂志资深编辑和审稿人高度评价了浙江大学研究团队的这一最新研究成果。据介绍，这项研究最令人兴奋的是，团队开发了细胞膜纳米包覆技术，将哺乳动物细胞膜包覆在纳米大小的植物类囊体外层，通过细胞膜的伪装包裹，巧妙地将植物类囊体移植到哺乳动物细胞中，成功解锁了跨物种能量传递的“密码”，实现了特异供能，并在退行性骨关节炎疾病的治疗和应用中得到验证。

巧用植物亿年智慧

为动物细胞“充电”

随着疾病研究的进展，越来越多的研究发现，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。就像人类一日三餐需要补充营养一样，细胞的更新和代谢也需要能量和物质的供给，而ATP和NADPH是细胞再生和修复不可或缺的能量货币和物质货币。但是，向退化细胞提供直接的能量和物质，是一个巨大的科学难题。

林险峰提出一个想法，“能否设计一个‘充电’装置，在细胞内可控地产生ATP和NADPH？”医学和化学研究小组之间的交叉讨论引发的头脑风暴开辟了一个新的研究领域。然而，科学家们为从生物材料中合成ATP和NADPH付出了巨大的努力，但如何让细胞“接受”这样一个奇特的装置，并精确调节ATP和NADPH的浓度，一直是该领域的世界级难题。

基于浙大润润医院骨科研究团队在生物材料领域的长期深耕，基于化学系唐团队的化学生物学研究思路，以及“人工细胞器”的概念，团队敏锐地将目光投向了——的神奇本质。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分，而动物正好相反。这种宏观上的互补关系能否延伸到细胞层面，植物的供能系统通过植入“光合细胞器”成为动物细胞补充能量的“生物电池”？

“我寻她千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。”数十亿年来，植物进化出了近乎完美的供能细胞器——型类囊体，这是一个可控的、稳定的产生ATP和NADPH的能量工厂。研究小组选择了菠菜作为原料，菠菜是每天都要吃的，是蔬菜市场上最绿色的，也是植物代谢领域常见的。经过不懈的努力，成功提取并纯化了菠菜绿叶中的类囊体成分。

林险峰(左)和陈鹏飞(右)在实验交流中。

首次实现跨物种递送

完美再生修复不是梦

补充能量的“电池”准备好了。“接口”在哪里？如何安全准确地将类囊体输送到动物衰老和退化的细胞中，成为限制研究团队在医学领域应用的巨大难题。长期以来，生物活性成分跨物种传递的研究进展缓慢。特别是人体具有复杂的免疫系统，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。

怎样才能克服物种之间的隔阂？团队成员陈鹏飞尝试了脂质体封装等各种递送方法，但从未达到预期效果。“用细胞自身的细胞膜来包裹？利用同源打靶原理，让细胞认为我们输送的类囊体是‘自己人’，从而避免体内免疫排斥，实现纳米植物类囊体的跨界移植。”

大胆假设，精心验证，在范顺武和唐的不断鼓励下，在林险峰的启发下，经过一番探索，团队成功地用细胞膜“伪装”了纳米胶囊，实现了纳米胶囊的细胞内投递。

“外来生物材料从溶酶体中逃逸是实现成功递送的重要环节。我们通过各种内吞抑制试验反复验证，动物细胞不再将纳米类囊体作为‘异物’去除，从而使其成为其中的一部分。”刘鑫补充道，这意味着研究团队掌握了延缓动物细胞退化和衰老的“黑科技”。

本研究的机理示意图

应用领域不可估量

率先在骨关节炎治疗上“实现突破”

纳米类囊体在细胞中的关键作用是什么？在这一研究成果发表期间，来自生物材料、细胞代谢、临床医学等学科的四位国际顶级审稿人围绕这一核心问题向团队提出了一系列建议和改进意见。

经过一年多的固体实验和测试分析，团队验证了纳米类囊体可以在类囊体上保留足够的光合作用所需的蛋白质和其他功能单体。

这种令人振奋的纳米类囊体“黑科技”在体内到底能够发挥多大的作用？这是整个审稿过程中，不同学科领域的国际顶尖审稿人最关心的问题。

为了检验这类“生物电池”是否能逆转病变细胞代谢状态，团队首先选择了骨关节炎的疾病模型对这类“生物电池”进行“概念性验证”。骨关节炎是目前临床上致畸致残的最主要原因之一，正是由于软骨细胞的能量代谢失衡，ATP、NADPH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一年多的时间，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，实现精确增强退变软骨细胞内的ATP、NADPH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。

光照刺激软骨细胞示意图

创新研发未来可期

《自然》（Nature）杂志资深编辑GeorgeCaputa评价道：“如何向细胞输送能量一直是细胞生物学和临床医学的巨大难题，并且实现特定代谢物含量的正确补给是临床治疗的持久性挑战。有什么能够比递送经过数十亿年生命进化的工厂——类囊体去解决上述难题更好的办法呢？”

论文评审专家FranciscoCejudo教授认为：“这项工作的杰出之处在于研究团队成功地将植物‘微型细胞器’种间移植到了哺乳动物细胞。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供应ATP和NADPH的这一技术，是一项令人兴奋的成就，它开辟了代谢工程的可能性。”

同期《自然》（Nature）“研究简报（Researchbriefing）”栏目发表了《植物细胞装置实现了代谢物向哺乳动物细胞转移》，对该研究成果进行了宣传报道和积极评价。

唐睿康说：“这项研究展示了将天然植物来源的类囊体跨物种移植到哺乳动物细胞的生物医学应用，这项研究的关键原材料源于天然植物，生物安全性高，同时细胞膜纳米涂层技术具备规模化生产潜力，这一创新性技术有望未来在医学、能源、材料等领域实现应用。”

范顺武团队表示：“这项研究的成功得益于医院自由探索的氛围，学校、学院、医院、科室的一致支持，以及国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划的资助”。据介绍，团队长期深耕于骨骼肌肉系统退行性疾病的机理研究和天然来源的生物材料的开发研究，并不断大胆尝试学科交叉，陆续在Nature,Matter,DevelopmentalCell,NatureCommunications,ScienceAdvances,JACS等权威期刊发表一系列高影响力的研究成果，实现了对脊柱、关节、骨创伤、创面修复等各类常见和疑难疾病的临床新技术应用，深刻践行“把技术用到临床实践里，把论文写在祖国大地上”。

目前，研究团队已同步递交了发明专利并着手进行产品转化。