光控“基因對話”：人工細胞用RNA精準遙控活細胞 | 深度報道

原文發表于 《科技導報》2025年第18期科技新聞-深度報道

細胞通信進入光時代 人工合成光響應外泌體精準遞送RNA

在化學信號傳導中，細胞可能以自身、附近的細胞、遠處的細胞或通過間隙連接的細胞為目標（圖片來源：羅杰威廉姆斯大學官網）

細胞間通信作為多細胞生命活動的核心調控機制，天然細胞通過外泌體等胞外囊泡載體實現RNA等生物分子的定向傳遞與功能調控。在合成生物學領域，人工細胞通信系統的構建長期面臨關鍵技術瓶頸：傳統模型大多依賴小分子擴散或DNA信號傳遞，無法模擬天然外泌體對RNA的保護性運輸及時空精準釋放特性。這一局限嚴重制約了人工細胞向復雜生命功能模擬的突破。

荷蘭埃因霍芬理工大學生物有機化學家Jan C.M. van Hest團隊在

Angewandte Chemie International Edition

多位領域專家認為，這項工作把材料化學、自組裝與合成生物學“配平”到一個可復用的通信模塊，也清晰暴露了走向應用的瓶頸。

• 浙江大學化學工程與生物工程學院陳狄副研究員（《科技導報》青年編委，以下簡稱青編）指出：這套體系“從共聚物組成調控出發，通過多層級自組裝形成類細胞結構，并在光照下利用鄰硝基苯基團的裂解打破靜電平衡，可控釋放生物分子以調控真實細胞行為”，為“模仿生物學功能、發展新型智能系統提供化學基礎”。

• 中國科學院國家納米科學中心覃好（青編）評價說：人工細胞為認識生命與發展智能醫療提供了“可控、簡化”的試驗平臺，該研究“以光誘導的精準控釋合成外泌體，實現了人工—天然細胞間RNA層級的交流”，作為模塊化平臺有望推動更擬真的通訊模式。

• 中國科學院上海藥物研究所的韓海浩（青編）則認為：該研究的核心突破在于建立了“光控電荷反轉釋放”機制，實現RNA載體的主動釋放調控，克服了傳統小分子擴散缺乏特異性、DNA信號無需保護性運輸的固有局限，解決了RNA在復雜環境中傳遞的時空調控難題。

但該技術離真正落地還存在不小挑戰。陳狄和覃好均提醒道，紫外光對細胞有潛在殺傷如核酸斷裂、細胞毒性等，且紫外光穿透能力有限，并非真實生理激勵因子，未來應發展更貼合生物場景的環境響應材料。此外，天然系統存在雙向反饋，目前仍更像“可控釋放”，陳狄表示，如何從單一行為走向“集成式、多環路”的人造生命功能，是下一步關鍵。韓海浩進一步指出，RNA低封裝效率（34%）和聚合物（PEG-b-P，聚己內酯-聚乙二醇衍生物）的長期代謝行為仍是瓶頸，覃好也強調未來必須要解決RNA在體內易降解、長期生物相容性不足等挑戰，同時開發更溫和的調控機制，提升裝載與遞送效率，才能實現動物模型甚至臨床應用。韓海浩則提議通過優化化學修飾提高負載量，開發抗酶涂層增強穩定性，并探索近紅外光或磁場等更適合體內環境的觸發方式。

未來，該系統可進一步進行升級改造。韓海浩和上海交通大學醫學院松江研究院的張君妍（青編）建議：

• 在功能拓展方面，將siRNA替換為mRNA或CRISPRCas9系統，可實現蛋白質表達調控或基因編輯等復雜功能；

• 其次，可整合生物傳感器模塊，使人工細胞能響應活細胞分泌的炎癥因子等信號分子，構建“感知-響應”閉環調控網絡；

• 最后，通過PEG表面修飾增強血清穩定性，結合靶向配體修飾提高細胞識別特異性，將推動系統從細胞實驗向動物模型轉化。

從科學意義看，Jan等把“RNA信號”這條最貼近基因調控的路徑移植進人工細胞世界，為精確、可編址的基因層級對話提供了范式；從工程落地看，若能以近紅外/上轉換或化學—酶級聯替代紫外觸發，并把單次“敲低”升級為有反饋的“表達—抑制”閉環，這枚“通信插件”才可能從培養皿走向組織微環境與在體應用。無論如何，它已把人工細胞的擬生行為從“分子代謝”推進到“基因對話”，為生命系統工程打開了新的練兵場。

文/黃文光

科技導報社《科技導報》編輯部

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