細胞是組成生命體的基本結構和功能單位，細胞結構精密，功能複雜，是自然演化的智能系統。模拟細胞的結構和功能，利用人工設計的功能模塊構築具有特定的細胞行為或功能的智能仿生系統有助于闡明生命活動的相關規律，為構建高性能生物傳感器和疾病治療提供新的研究思路，相關研究已經引起了科研工作者們的廣泛關注并成為了新的研究熱點。

近年來，在國家自然科學基金委的支持下，2003网站太阳集团譚蔚泓院士團隊劉巧玲課題組一直緻力于類細胞型智能仿生系統的構築和應用的研究。建立了可用于細胞仿生模型的細胞膜囊泡制備新方法（Research, 2019, 6523970）。在此工作的基礎上，該小組将膽固醇修飾的DNA納米結構錨定在囊泡表面，實現了對囊泡表面結構的靈活操控（J. Am.Chem. Soc., 2017, 139, 12410-12413），從而為将細胞膜囊泡作為細胞仿生模型進行功能化仿生系統的構築奠定了基礎。

圖1.從細胞中提取的細胞膜囊泡保留了細胞膜的結構和組分。（摘自Research, 2019, 6523970）。

圖2.可逆調控DNA納米結構在細胞膜囊泡表面組裝與解組裝（摘自J. Am. Chem.Soc., 2017, 139, 12410-12413）

在上述研究的基礎上，根據細胞仿生的研究思路，結合DNA納米技術，該小組設計了可動态響應環境刺激的智能仿生系統。該仿生系統通過對刺激分子的“識别”和“清除”來調控細胞膜囊泡表面DNA分子的組裝狀态，從而實現對刺激物的變化的動态響應。該系統可多次應對環境的刺激，并表現出良好的循環響應性（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 6458-6461）。該研究為構築具有環境響應性的人工信号傳導系統提供新思路，有助于研究和開發新型仿生傳感器。

圖3.構築可動态響應外界環境刺激的細胞膜囊泡仿生系統（摘自J. Am. Chem.Soc., 2019, 141, 6458-6461）。

最近，該小組進一步采用DNA納米技術構築功能模塊，利用DNA分子間的動态鍊置換反應構築基于DNA分子組成的“信息處理器”來調節囊泡内部組分對外界環境的響應。通過使用核酸适體作為組成信号系統的激活單元，DNA熵驅動的鍊置換反應作為信号傳遞與驅動單元，同時設計串聯的信号反饋單元，建立一種在囊泡内部對外界特定分子刺激産生響應的人工信号網絡系統，實現細胞膜囊泡對外界環境刺激的智能調節和反饋（Nature Commun., 2020, 11, 978）。這種基于DNA分子的人工信号網絡系統充分展示了細胞膜囊泡巨大的構造潛力，為模拟細胞與環境之間的物質交換與信息傳遞提供了研究平台，豐富了新型智能仿生系統的設計思路和方法。

圖4.人工信号網絡驅動的仿生系統示意及實驗結果圖（（摘自Nature Commun., 2020, 11,978）。

                                                                                 文：劉學嬌