国内外科学家首次实现人工细胞形态功能不对称分裂

研究团队设计了层状液晶液滴结构的人工细胞模型，通过添加碱性磷酸酶，使细胞自发分裂为液滴和囊泡两种形态和功能不同的子代。该机制具有普适性，即使替换ATP为其他三磷酸核苷，分裂现象依然存在。

这项研究首次证明人工细胞无需外部复杂操控即可完成不对称分裂，为理解生命起源和合成生物学提供了新模型。未来研究将探索人工细胞的多代增殖能力，并与基因表达等功能模块结合。

国内外科学家首次实现人工细胞的形态功能不对称分裂

IT之家 5 月 14 日消息，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的子细胞。 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。 中国科学院化学研究所联合国内外科学家于 5 月 13 日提出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新策略，构筑了具备不对称分裂潜能的结构化层状液晶液滴人工细胞模型， 成功展示了其自发分裂为液滴和囊泡两种结构性能迥异子代的动态过程 。 ▲ 结构化液滴人工细胞的不对称分裂 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 ，其内部天然具有规整排列的层状结构和层内微小的拓扑缺陷，为人工细胞的不对称分裂提供了关键结构基础。 当研究人员向人工细胞中加入碱性磷酸酶后，酶首先在含有三磷酸腺苷（ATP）的液滴表面“啃”出一个约 1 微米宽、2 微米深的小窝。随着酶持续作用，小窝沿着液滴表面周向扩展，逐渐形成一个清晰的核-壳界面。当小窝张开的角度超过约 80° 时，内核被完整“挤”出，而外壳则通过边缘融合自动闭合形成一个多层囊泡。最终， 母代细胞分裂为两个形态不同的子代细胞 。 ▲ 单个人工细胞的不对称分裂 研究人员还发现，将 ATP 替换为其他三磷酸核苷（如三磷酸胞苷、三磷酸鸟苷和三磷酸胸苷）后，依然可以观察到不对称分裂现象。这表明， 该分裂机制具有较好的普适性 。 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，并产生形态和功能不同的子代。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。 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。 IT之家附论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-026-10489-5

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