植物-动物杂交细胞可用来制造太阳能组织、器官或肉类

嵌入叶绿体（品红色）的动物细胞荧光显微镜图像 R. Aoki， Y. Inui， Y. Okabe et al. 2024/ 《日本科学院院刊》B 辑

动物细胞和植物细胞内部有不同的能量产生结构。对于动物来说，那就是线粒体，它将食物中的化学能转化为我们细胞可以使用的形式。与此同时，植物和藻类使用叶绿体，叶绿体进行光合作用，从阳光中产生能量，为细胞提供动力。

在东京大学领导的一项新研究中，研究小组将叶绿体插入动物细胞，发现它们至少持续两天进行光合作用。叶绿体来自红藻，而动物细胞则来自仓鼠。

之前的研究已经成功将叶绿体移植到酵母中，赋予它们新的光合作用能力。但那是一种真菌——在动物身上这样做是下一个层次。

研究团队将仓鼠细胞和分离的叶绿体一起培养了两天，然后通过寻找叶绿素的迹象来检查动物细胞是否吸收了它们。这种化合物在叶绿体中起着关键作用，但通常不应该存在于动物细胞中，因此它的存在很好地表明该方法是有效的。方便的是，它会在某些波长的光下自然发出荧光。

当研究小组用一种特定类型的激光照射细胞时，他们很快就看到了仓鼠细胞内的叶绿素——以及叶绿体。使用另一种称为脉冲幅度调制荧光测定的技术，他们证实叶绿体仍在进行光合作用。

“据我们所知，这是首次报道在植入动物细胞的叶绿体中检测到光合电子传递，”该研究的通讯作者松永佐弘教授说。“我们认为叶绿体在被植入动物细胞后数小时内就会被动物细胞消化。然而，我们发现它们可以持续运作长达两天，并且发生了光合作用的电子传递。”

有趣的是，研究小组还注意到，仓鼠细胞在与叶绿体一起培养时生长速度比平时快。这表明它们正在提供新的碳源，并可能暗示这些混合细胞的新潜在用途。

“我们相信这项工作将对细胞组织工程有用，”松永说。“实验室培养的组织，如人造器官、人造肉和皮肤片，是由多层细胞组成的。然而，存在一个问题，由于组织内部缺氧（低氧水平），它们无法增大，从而阻止细胞分裂。通过混入叶绿体植入细胞，可以通过光合作用、光照为细胞提供氧气，从而改善组织内部的条件，使其能够生长。”

这项研究发表在《日本学士院学报 B 系列》上。