牛领策略我国科学家首次实现人工细胞的不对称分裂与功能分化

北京时间2026年5月13日，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，在国际学术期刊《自然》上发表实现人工细胞形态功能不对称分裂的突破性研究成果。研究团队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，在没有外部复杂操控的情况下完成不对称分裂，并产生形态功能不同的子代，不仅为理解类生命功能涌现与原始细胞的形成提供了新的实验模型，也为“从零构建”具备生命基本特征的人工细胞系统以及生物制造前沿领域提供了新思路。

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，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，研究团队提出了一种利用瞬态化学不均匀性和界面能梯度驱动人工细胞不对称分裂的全新策略。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，其内部天然具有洋葱状多层结构和层内微小结构缺陷，为人工细胞的不对称分裂提供了关键结构基础。随后，科研人员向人工细胞中加入碱性磷酸酶，母代细胞分裂为两个形态不同的子代细胞。这一过程完全不同于以往的对称分裂，研究团队将其形象地称为“剥离式”不对称分裂。

这种分裂机制触发并非仅限于碱性磷酸酶这一种酶。科研人员进一步利用镁、钙等多价阳离子调节表面的静电相互作用，同样成功触发了人工细胞的不对称分裂。此外，通过降低体系酸碱值促进ATP质子化，也能够实现类似的分裂行为，这表明该分裂机制具有较好的普适性。此外，与之形成鲜明对比的是，对于缺乏液晶有序结构的人工细胞，加入碱性磷酸酶后仅会导致整体解体，而不会发生不对称分裂现象，说明多层液晶有序结构及层内微小结构缺陷，是实现人工细胞不对称分裂的关键基础。

乔燕研究员说：“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。”

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。

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