研究机制示意图本文所有图片均由浙江大学邵逸夫医院提供。

从菠菜中提取具有光合作用的生物电池样类囊体，动物细胞膜包裹在纳米类囊体外层进行“伪装”，然后跨界传递给哺乳动物的衰老细胞，使动物细胞也能通过光合作用获得能量，从衰老和退化状态重新变得年轻。这不是科幻片，而是最近发表在国际顶级期刊《自然》 (Nature)上的一项科研成果。

北京时间12月8日，这篇原创的科研成果论文《基于植物来源的天然光合作用系统增强细胞合成代谢》(植物衍生的改善细胞代谢的照相系统)作为长文发表在《自然》杂志上。

这篇论文发表在最新一期的《自然》杂志上

《“遵循自然规律、创新性突破向细胞输送能量的世界难题、开辟了代谢工程的可能性……”《自然》杂志的一位资深编辑和评论员高度评价了这项最新研究成果。

“我们对老鼠的退化关节进行了实验，发现经过几周的治疗，原本相当于人类60岁状态的老化退化软骨，又恢复到了20岁的水平。”论文通讯作者、浙江大学附属邵逸夫医院骨科主任樊顺武教授告诉《www.thepaper.cn》报，这项研究的原料来自天然植物，安全性很高，未来有望用于大脑、肌肉、器官、皮肤等多个部位。大力水手吃菠菜，“我们就选了菠菜”

本文作者为浙江大学附属医院博士、刘鑫特聘研究员和顾博士。通讯员为浙江大学邵逸夫医院骨科特聘研究员林险峰，樊顺武——。这是一支年轻的队伍，年龄最大的34岁，最小的26岁。他们做这项研究的前提是，随着疾病研究的进展，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，ATP(腺嘌呤核苷三磷酸)NADPH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)是细胞再生和修复不可缺少的成分。

“细胞新陈代谢也需要能量。我们能否设计一种‘电池’装置，在细胞中可控地产生ATP和NADPH？”在课题组的一次头脑风暴中，林险峰提出。

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，并精确调控ATP和NADPH的浓度，一直是该领域的世界级难题。

浙江大学邵逸夫医院的这群年轻人另辟蹊径，将目光从生物材料转向了自然。在自然界中，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分，而动物正好相反。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”？?这种宏观的互补性能延伸到细胞水平吗

研究小组选择了叶绿体中的供能细胞器类囊体作为原料。

研究人员从菠菜中提取了类囊体。

“大家都看过动画片《大力水手》。当我们吃菠菜时，我们变得非常有活力，菠菜也是菜市场上最绿色的菜，所以我们选择了菠菜。”范顺武告诉论文，研究团队的第一步是从菠菜绿叶中成功提取并纯化类囊体成分。给植物电池裹上“伪装”避免排异

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，是本研究的第二个难题。

林险峰解释说，人体有一个复杂的免疫系统，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消化异物。“要想把植物材料输送给动物细胞，需要‘瞒天过海’”。

团队成员陈鹏飞最初尝试了脂质体包裹等多种给药方式，但效果并不理想。直到有一天，“用细胞自己的细胞膜来包载怎么样？利用同源靶向作用原理，让细胞以为我们所递送的类囊体是‘自己人’，从而避免体内的免疫排斥，实现细胞跨界移植纳米植物类囊体。”突发奇想。

经过摸索，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递送。“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，而是成为其中的一部分。”研究小组成员、浙江大学润邵逸夫医院生物医学研究中心特聘研究员刘鑫说。已递交发明专利并着手产品转化

论文从团队处了解到，经过一年多的实验和分析，已经验证了纳米类囊体仍然可以在类囊体上保留光合作用所需的蛋白质和其他功能单体，在体内保持足够的作用时间和降解稳定性，保证足够的ATP和NADPH生成，从而系统性地逆转病变细胞代谢状态。.

“让我们寻找治疗骨关节炎的突破口。骨关节炎是临床上导致畸形和残疾的最重要原因之一。正是由于软骨细胞能量代谢失衡，ATP和NADPH耗竭，关节软骨才遭到破坏。”林险峰说。

范顺武介绍，在实验过程中，团队将软骨细胞膜包裹的纳米胶囊植入关节炎小鼠的关节内，然后进行无创光疗，重塑软骨细胞的合成代谢，成功在几周时间后将小鼠的退行性关节软骨细胞恢复年轻。.

“团队已经同步提交发明专利，开始产品转化。由于关键原料来自天然植物，安全性非常高，细胞膜纳米涂层技术具有大规模生产的潜力。

同期《自然》“研究简报”对该论文进行宣传和评价

澎湃新闻了解到，同期《自然》“研究简报（Researchbriefing）”栏目专门对该论文进行宣传和评价。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。”