人工细胞在探索生命起源、开发新型生物技术以及构建药物递送系统等方面具有广阔的应用前景。巨型单层囊泡（Giant Unilamellar Vesicles, GUVs）具有与细胞膜相似的双层膜结构，是重要的人工细胞模型，常见的GUVs包括、聚合物囊泡和脂肪酸囊泡。然而，现有GUVs存在诸多局限，如脂质体囊泡膜的通透性低、稳定性差且成本高昂，聚合物囊泡膜流动性较差，难以模拟细胞膜的动态行为，而脂肪酸囊泡对离子和pH敏感，易失稳。因此，开发兼具低成本、高稳定性、良好膜流动性和选择通透性的人工细胞载体具有重要意义。
近日，化学化工学院邓楠楠团队报道了一种基于非离子表面活性剂Span 80的巨型单层囊泡，命名为Giant Unilamellar Niosomes（GUNs），并将其用作新型人工细胞模型。该GUNs具有以下优势：（1）组装基元Span 80成本低、易获取、已规模化生产，价格约为磷脂的万分之一；（2）Niosome具有优异的膜流动性，优于传统脂质体；（3）Niosome膜具有选择透过性，允许分子量小于400-500 Da的小分子（如葡萄糖）和质子自由通过，而排斥更大分子和金属离子等，无需嵌入转运蛋白即可实现选择性物质交换；（4）稳定性好：GUNs在室温环境条件下表现出优异的长期稳定性。
为了展示了GUNs作为人工细胞载体的潜力，作者进一步通过调节GUNs外部pH，诱导其内部发生液-液相分离，模拟无膜细胞器形成；随后利用葡糖糖自由过膜，在GUNs中重构了糖酵解-线粒体级联反应系统，实现了葡萄糖驱动ATP合成过程，进而促进肌动蛋白聚合组装。GUNs作为GUVs家族的一名新成员，克服了传统GUVs的诸多局限，在合成生物学、药物递送和仿生微系统等领域具有广阔的应用前景。
该研究以“Monodisperse Giant Unilamellar Niosomes as Minimal Synthetic Cells”为题，发表在《Journal of the American Chemical Society》上，第一作者为上海交通大学化学化工学院博士生罗振洪。研究得到国家自然科学基金等项目资助。
图1. GUNs的制备与表征。
图2. GUNs膜的通透性测试。GUNs膜允许小分子（<400-500 Da）和质子自由通过，而排斥更大分子和金属离子。
图3. GUNs内构建葡萄糖能量转换系统。在GUNs中封装糖酵解酶（GDH、GAD、KDGA）和线粒体，利用外部葡萄糖驱动ATP合成，进而促进肌动蛋白聚合。
作者简介
邓楠楠，上海交通大学化学化工学院长聘教轨副教授，博士生导师，2019年入选“国家海外高层次人才青年计划”加入上海交大。主要研究方向为人工细胞/原始细胞、微流控技术、微纳米机器人和活性物质/软物质等，近年来以通讯/第一作者在国际知名期刊Nat. Mater.（2025年）、Nat. Chem. Eng.（2024年）、Nat. Commun.、Sci. Adv.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Mater.等上发表论文30余篇，授权与申请专利共9项。
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论文链接如下：
https://doi.org/10.1021/jacs.5c09950
来源：高分子科学前沿
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